(57)【要約】【課題】コンピュータ上での人体モデルを用いて人体挙動を十分に高い精度でシミュレートして解析する。【解決手段】人体全身がそれの骨格組織と靭帯、腱、筋肉等の結合組織とに関してコンピュータ上でモデル化された人体モデル３０に基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによりシミュレートして解析する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体全身が、それの骨格組織であって複数の骨を含むものと、人体の複数の部位を互いに結合する結合組織であって少なくとも１つの靭帯と少なくとも１つの腱と少なくとも１つの筋肉との少なくとも１つを含むものとに関して、コンピュータ上でモデル化された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体全身の実質的にすべての部位の挙動をコンピュータによりシミュレートして解析する人体挙動解析方法。
【請求項２】
前記人体モデルが、人体全身を表現するために複数の剛体部位が複数の機械的なジョイント要素により互いに連結されて構成された機構モデルを利用することなく、構成されている請求項１に記載の人体挙動解析方法。
【請求項３】
前記人体モデルの実質的にすべての部位が、それの各部位により表現される人体の各部位の外力に対する変形を表現する変形可能要素により構成されている請求項１または２に記載の人体挙動解析方法。
【請求項４】
前記人体モデルの複数の部位のうち前記複数の骨のいくつかを表現するものが、弾性域に塑性域が後続する力学的特性を有する弾塑性体を表現する弾塑性要素により構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項５】
前記人体モデルを用いることにより、人体全身につき、各部位の挙動を解析するのみならず、各部位の応力を解析する請求項１ないし４のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項６】
前記結合組織を構成する複数の単位のうち、前記解析の精度に対する寄与度が大きいものに関してはモデル化するが、その寄与度が小さいものに関してはモデル化しないことにより、前記人体モデルが構成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項７】
前記コンピュータによる前記人体モデル全体に対する単位シミュレーションが単位時間であるタイムステップで繰り返されることにより一連のシミュレーションが行われるとともに、前記人体全身を複数の要素に、前記タイムステップの長さが予め設定された最小値より短くならないように予め設定された前記各要素の最小長さに関する条件を満たすように分割することにより、前記人体モデルが構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項８】
前記人体が、前記複数の骨のいくつかであってその人体の関節において互いに結合されるものがそのまわりに運動させられる運動軸を少なくとも１つ有するとともに、その運動軸の位置がそれらいくつかの骨の相対運動に応じて変化させられる運動軸可変関節部を含み、
その運動軸可変関節部を、解剖学的に等価な構造を前記人体モデルに採用することによってそれの運動軸の位置が変化させられるように表現するとともにその運動軸可変関節部に存在する前記結合組織の力学的特性を表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されており、
その人体モデルを用いることにより、人体全身の挙動の解析と、前記運動軸可変関節部を含む人体の実質的にすべての部位の変形の解析とを行う請求項１ないし７のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項９】
前記人体の胸腹部を、そこに存在する複数の臓器の外力に対する変形を個別に表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項１０】
人体への衝撃付与に応答してその人体の各部位に生ずる応力である衝撃応答応力がその衝撃付与時におけるその人体の姿勢に依存する環境において、
前記人体モデルを用いることにより、前記衝撃付与時における人体全身の姿勢を解析する姿勢解析工程と、
その解析された姿勢と前記人体モデルとを用いることにより、前記衝撃応答応力を解析する応力解析工程と
を含む請求項１ないし９のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【請求項１１】
前記姿勢解析工程が、
（ａ）人体全身を、各々形状と質量とを有する複数の剛体要素に分割するとともに、それら複数の剛体要素を各ジョイント要素により、位置固定の運動軸まわりに互いに相対運動可能に結合することによりコンピュータ上でモデル化された機構モデルに基づき、前記衝撃付与の前における人体全身の姿勢を解析する第１解析工程と、
（ｂ）その解析された姿勢を前記人体モデルに与えるとともに、その後に、その人体モデルに基づき、前記衝撃付与時における人体全身の姿勢を解析する第２解析工程と
を含む請求項１０に記載の人体挙動解析方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の人体挙動解析方法を実行するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【請求項１４】
人体全身が少なくともそれの骨格組織であって複数の骨を含むものに関してコンピュータ上でモデル化された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによるシミュレーションプログラムの実行によってシミュレートして解析し、その解析結果に基づき、ユーザにより特定されるアプリケーションを前記コンピュータまたは別のコンピュータにより実行する人体挙動解析・応用システム。
【請求項１５】
人体全身を、前記骨格組織と、人体の複数の部位を互いに結合する結合組織であって少なくとも１つの靭帯と少なくとも１つの腱と少なくとも１つの筋肉との少なくとも１つを含むものとに関してモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている請求項１４に記載の人体挙動解析・応用システム。
【請求項１６】
通信可能に互いに接続されたサーバ・コンピュータとクライアント・コンピュータとの少なくとも１つを含む人体挙動解析・応用システムであって、
前記サーバ・コンピュータは、人体全身が少なくともそれの骨格組織であって複数の骨を含むものに関してコンピュータ上でモデル化された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによるシミュレーションプログラムの実行によってシミュレートして解析し、その解析結果を前記クライアント・コンピュータに送信するものであり、
前記クライアント・コンピュータは、前記サーバ・コンピュータから受信した解析結果に基づき、そのユーザにより特定されるアプリケーションを実行するものである人体挙動解析・応用システム。
【請求項１７】
人体の全身または局部を対象として複数の要素に分割することによってモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記複数の要素がタイプに関して、太さを有しないで長さを有する１次元要素と、厚さを有しないで面積および形状を有する２次元要素と、体積および形状を有する３次元要素とに分類され、その２次元要素は、それの面内方向において引張力も圧縮力も発生させる板要素と、その面内方向において引張力は発生させるが圧縮力は発生させない膜要素とに分類され、前記対象を構成する複数の部位が靭帯、腱または筋肉を含むように構成されており、
当該方法が、前記複数の部位のうち、他の部位と面積を有する領域で接触しつつ相対運動させられる各第１部位は、複数の膜要素に分割することによってモデル化するのに対し、それら接触および相対運動が実質的に起こらない各第２部位は、複数の１次元要素に分割することによってモデル化する第１モデル化工程を含む人体モデル作成方法。
【請求項１８】
前記複数の部位が、硬くて薄い外層と柔らかい内部とを有する骨を含み、当該方法が、さらに、その外層は、複数の板要素に分割することによってモデル化するのに対し、その内部は、複数の３次元要素に分割することによってモデル化する第２モデル化工程を含む請求項１７に記載の人体モデル作成方法。
【請求項１９】
人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記対象が、物理的に互いに独立した複数の元部位を含むように構成されており、
当該方法が、
各元部位を少なくとも１つの分割面により複数の小部位に、各小部位の平坦さが、それが属する元部位全体の平坦さより増すように分割する第１分割工程と、
それら分割された各小部位を複数の要素に分割することにより、各小部位をモデル化する第２分割工程と
を含む人体モデル作成方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の人体モデル作成方法により作成された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション初期条件のもと、人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによりシミュレートして解析する人体挙動解析方法であって、
前記人体モデルの前記複数の要素のうち前記各分割面を境界にして互いに隣接する複数の隣接要素が、各隣接要素の頂点である節点の座標値に関して、本来であれば互いに一致すべきであるにもかかわらず互いに一致しない場合に、それら本来であれば互いに一致すべき複数の節点が前記シミュレーション中に相対的に変位しないように前記シミュレーション初期条件を設定する条件設定工程を含む人体挙動解析方法。
【請求項２１】
人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記対象が、２つの骨を互いに結合する関節をまたいで延びる筋肉を含み、かつ、その筋肉が、それの両端においてそれら２つの骨に結合され、それの中間においてそれら２つの骨の一方に結合されたものであり、
当該方法が、その筋肉を、太さを有しないで長さを有するとともに力を伝達する１次元要素により分割することによってモデル化するモデル化工程であって、
前記２つの骨が互いに成す角度が変化するにもかかわらず、前記１次元要素がそれら２つの骨に沿って延びる状態が維持されるようにその１次元要素の経路を最適化する第1最適化工程と、
その１次元要素と前記２つの骨との間における力の伝達が現実の特性を有するようにそれら１次元要素と２つの骨との結合を最適化する第2最適化工程と
を含む人体モデル作成方法。
【請求項２２】
前記第1最適化工程が、前記１次元要素が、それの両端において前記２つの骨と結合する２つの端結合点と、それの中間において前記一方の骨と結合する中間結合点を有するように、前記筋肉をモデル化する工程を含み、
前記第2最適化工程が、その中間結合点におけるその１次元要素と前記一方の骨との結合を、その一方の骨に固定的に位置決めされた滑車と、その滑車により支持されるロープとの概念的な組合せにより表現されるようにモデル化する工程を含む請求項２１に記載の人体モデル作成方法。
【請求項２３】
人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記対象が、アキレス腱とそれから延びる下腿三頭筋肉との複合体を含み、かつ、アキレス腱は、それの両端のうち下腿三頭筋と結合する側とは反対側の端部において前記人体の踵骨と結合し、下腿三頭筋は、それの両端のうちアキレス腱と結合する側とは反対側の端部において前記人体の大腿骨と結合するとともに、それの中間において前記人体の脛骨と結合するものであり、
当該方法が、その複合体を、太さを有しないで長さを有するとともに力を伝達する１次元要素により分割することによってモデル化するために、  前記１次元要素が、それの両端において前記踵骨および大腿骨と結合する２つの端結合点と、それの中間において前記脛骨と結合する中間結合点を有するように、前記複合体をモデル化する工程と、
その中間結合点における前記１次元要素と前記脛骨との結合を、その脛骨に固定的に位置決めされた滑車と、その滑車により支持されるロープとの概念的な組合せにより表現されるようにモデル化する工程と
を含む人体モデル作成方法。
【請求項２４】
人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成することをコンピュータであって画面を有するものによって支援する人体モデル作成支援方法であって、
前記対象を構成する複数の部位の各々に関連付けて、各部位の特性を精度よく表現する部位モデルを少なくとも１つ、標準的な部位モデルとして予め記憶しているメモリから、ユーザが人体について今回モデル化しようとする部位に対応する部位モデルを読み出し、その読み出された部位モデルを前記コンピュータの画面上に表示する第１表示工程と、
ユーザからの指令に応じ、その表示されている部位モデルに形状および大きさを与えることにより、その部位モデルを定義する定義工程と
を含む人体モデル作成支援方法。
【請求項２５】
前記メモリに予め記憶されている少なくとも１つの部位モデルが、人体の同じ部位に関し、タイプが異なる複数の部位モデルを複数の候補部位モデルとして含み、
当該方法が、さらに、
ユーザからの指令に応じ、それら複数の候補部位モデルのいずれかを最終部位モデルとして選択する選択工程と、
その選択された最終部位モデルを前記画面上に表示する第２表示工程と
を含み、かつ、
前記定義工程が、ユーザからの指令に応じ、その表示されている最終部位モデルに形状および大きさを与えることにより、その最終部位モデルを定義するものである請求項２４に記載の人体モデル作成支援方法。
【請求項２６】
人体の同じ部位に関する前記複数の候補部位モデルのうちの少なくとも１つが、その部位を1次元要素によりモデル化するとともに、その１次元要素と人体の他の部位との結合を、その他の部位に固定的に位置決めされた滑車と、その滑車により支持されるロープとの概念的な組合せにより表現されるようにモデル化する候補部位モデルである請求項２５に記載の人体モデル作成支援方法。
【請求項２７】
請求項２４ないし２６のいずれかに記載の人体モデル作成支援方法を実行するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ上での人体モデルを利用することにより、人体の挙動をコンピュータによりシミュレートして解析する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人体の挙動を正確に解析することが要望される分野が存在する。そのような分野の一例は、車両の、外部からの衝撃に対する安全性を向上させる観点から、車両に外部から衝撃が加わる時に乗員に生ずる変形の程度ができる限り軽減されるように車両構造を設計する分野である。
【０００３】
このような分野においては、従来、現実の人体に代わるダミー人形の全身または一部を用いて人体挙動を解析したり、人体を全身についてでなく一部のみについてコンピュータ上でモデル化し、そのモデルを用いて人体挙動を解析することが通常行われていた。
【０００４】
例えば、前述の車両構造を設計する分野においては、従来、現実の乗員の代わりにダミー人形を現実の車両のシートに着座させ、その状態でその現実の車両を実際に障害物に接触させるという実車実験により、車両の、外部からの衝撃に対する安全性の評価が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ダミー人形は、現実の人体の挙動を必ずしも十分に忠実に表現し得ない場合があった。
【０００６】
また、コンピュータ上での人体モデルを用いる場合であっても、前述の説明から明らかなように、従来においては、人体全身をコンピュータ上でモデル化することも、人体全身モデルを用いてコンピュータによって人体挙動をシミュレ−トして解析することも行われていなかった。
【０００７】
そのため、従来においては、いずれの解析手法を用いる場合であっても、人体の挙動を十分に高い精度で解析することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような事情を背景として、本発明は、コンピュータ上での人体モデルを用いて人体挙動を十分に高い精度でシミュレートして解析することを課題としてなされたものであり、本発明によって下記各態様が得られる。
【０００９】
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合せのいくつかの理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。
【００１０】
（１）  人体全身が、それの骨格組織であって複数の骨を含むものと、人体の複数の部位を互いに結合する結合組織であって少なくとも１つの靭帯と少なくとも１つの腱と少なくとも１つの筋肉との少なくとも１つを含むものとに関して、コンピュータ上でモデル化された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体全身の実質的にすべての部位の挙動をコンピュータによりシミュレートして解析する人体挙動解析方法。
【００１１】
この方法によれば、人体全身がモデル化されて人体挙動がシミュレーション解析されるため、人体挙動を十分に高い精度で解析し得る。
【００１２】
さらに、この方法によれば、人体全身がそれの骨格組織と結合組織とに関してモデル化されるため、例えば骨格組織のみに関してモデル化する場合に比較して、人体モデルを、現実の人間の挙動をより忠実に表現し得るように構築することが容易になる。
【００１３】
この方法は種々の用途に適用し得る。
【００１４】
一つの用途は、医療（リハビリ、老人医療、スポーツ医療を含む）の分野において、特に骨や筋肉、靭帯、腱等に関する人間の病気または変形を診断したり、治療したりすることを支援することである。
【００１５】
別の用途は、映画、テレビ等の映像を撮影する分野において、現実の人間によってでは実現できない場面をコンピュータ・グラフィックスにより撮影する際に、よりリアルな動きを映像上の人物に演じさせることを支援することである。
【００１６】
本項に記載の方法において「シミュレーション解析条件」は例えば、外部から人体に作用する力、変位、速度または加速度に関する条件を含むものとすることができる。
【００１７】
また、本項において「人体モデル」は、それを有限要素法のもとに人体挙動を解析するために用いられるために、人体を複数の要素に分割してその人体をモデル化したものとすることができる。この場合、その「人体モデル」は、人体全身についての有限要素モデルということができる。
【００１８】
（２）  前記人体モデルが、人体全身を表現するために複数の剛体部位が複数の機械的なジョイント要素により互いに連結されて構成された機構モデルを利用することなく、構成されている（１）項に記載の人体挙動解析方法。
【００１９】
この方法によれば、人体モデルが人体全身を解剖学的に忠実に表現することが可能となり、その結果、人体全身の挙動を精度よくシミュレートすることが可能となる。
【００２０】
本項において「機械的なジョイント要素」は、例えば、ピンを用いてそれに固定の回転軸線まわりの回転を実現するピンジョイント式を含むように定義したり、ボールを用いてそれの任意の回転軸線まわりの回転を実現するボールジョイント式を含むように定義することが可能である。
【００２１】
（３）  前記人体モデルの実質的にすべての部位が、各部位により表現される人体の各部位の外力に対する変形を表現する変形可能要素により構成されている（１）または（２）項に記載の人体挙動解析方法。
【００２２】
この方法によれば、人体全身につき、それの実質的にすべての部位の変形をシミュレーションにより解析し得る。
【００２３】
さらに、この方法によれば、例えば、人体全身の複数箇所に同時に変形が生じる場合に、同じ人体モデルに依存することにより、人体全身の実質的にすべての部位の変形の程度を解析し得る。
【００２４】
本項において「変形」は、弾性的な変形と塑性的な変形との少なくとも一方を意味する用語として使用することができる。
【００２５】
その「変形」を塑性的な変形を少なくとも意味する用語として使用する場合には、本項に記載の発明によれば、人体モデルを通して人体の骨折、破壊、破裂、断絶等を評価することができる。
【００２６】
（４）  前記人体モデルの複数の部位のうち前記複数の骨のいくつかを表現するものが、弾性域に塑性域が後続する力学的特性を有する弾塑性体を表現する弾塑性要素により構成されている（１）ないし（３）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００２７】
この方法によれば、人体の骨折をシミュレーションにより評価し得る。
【００２８】
（５）  前記人体モデルを用いることにより、人体全身につき、各部位の挙動を解析するのみならず、各部位の応力を解析する（１）ないし（４）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００２９】
この方法によれば、人体全身につき、各部位の挙動と応力とを解析するために、別々の人体モデルを用いることが不要となり、それら２種類の解析を容易にかつ短時間で行い得る。
【００３０】
（６）  前記結合組織を構成する複数の単位のうち、前記解析の精度に対する寄与度が大きいものに関してはモデル化するが、その寄与度が小さいものに関してはモデル化しないことにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（５）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００３１】
この方法によれば、人体全身のモデル化を解析精度との関係において無駄なく行い得、モデル化に必要な時間を容易に短縮し得るとともに、解析のためのコンピュータの計算時間も容易に短縮し得る。
【００３２】
(７)  人体全身を、前記複数の骨の強度とその人体の皮膚の柔らかさとを表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（６）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００３３】
この方法によれば、人体モデルを、骨の強度および皮膚の柔らかさに至るまで人間の力学的特性を表現するものとして構築することが容易になる。
【００３４】
(８)  人体全身を、前記複数の骨の強度とその人体の軟組織の柔らかさとを表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（７）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００３５】
この方法によれば、人体モデルを、骨の強度および軟組織（例えば、人体のうち骨を除くすべてであって、皮膚と肉（筋肉を含む）と脂肪とを意味する。）の柔らかさに至るまで人間の力学的特性を表現するものとして構築することが容易になる。
【００３６】
（９）  前記人体モデルが、それの少なくとも１つの部位の形状、位置、機構学的特性および力学的特性の少なくとも１つを可変パラメータとして有するものであり、その可変パラメータが、前記シミュレーションに先立ち、ユーザにより特定されるものである（１）ないし（８）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００３７】
この方法によれば、ユーザによる可変パラメータの特定により、シミュレーション解析に用いる人体モデルを種々の目的に容易に適合させ得る。
【００３８】
（１０）  前記結合組織を構成する複数の単位の少なくとも１つを１次元弾性バー要素によりモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（９）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００３９】
この方法によれば、人体モデルの諸元および解析特性をそれの結合組織に関して比較的簡単にモデル化し得る。
【００４０】
本項において「結合組織を構成する複数の単位」は、例えば、結合組織において互いに独立した複数の筋肉を意味する。
【００４１】
（１１）  前記人体モデルに基づき、前記予め設定されたシミュレーション解析条件と、前記人体が接触することを想定された障害物の特徴と、前記人体の各部位について予め設定された変形基準とを考慮することにより、前記人体が接触する際にその人体の各部位に生ずる挙動と荷重とのうちの少なくとも挙動と各部位に生ずる変形の程度とを前記コンピュータによりシミュレートして解析する（１）ないし（１０）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００４２】
この方法によれば、障害物への接触時に人体に変形が生ずる部位およびその変形の程度を予想でき、このことは、傷害物への接触時における変形発生メカニズムを容易に解明し得るとともに、変形を軽減するために講ずべき対策を容易に想起し得ることを意味する。
【００４３】
本項において「障害物」は、車両等の移動体を意味するように解釈したり、壁、電柱、ガードレール等の構造物(定着物）を意味するように解釈することができる。この定義は、下記の態様についても適用され得る。
【００４４】
（１２）  前記コンピュータによる前記人体モデル全体に対する単位シミュレーションが単位時間であるタイムステップで繰り返されることにより一連のシミュレーションが行われるとともに、前記人体全身を複数の要素に、前記タイムステップの長さが予め設定された最小値より短くならないように予め設定された前記各要素の最小長さに関する条件を満たすように分割することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（１１）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００４５】
人体モデルを用いたコンピュータによるシミュレーション解析においては、一般に、コンピュータによる人体モデル全体に対する単位シミュレーションが単位時間であるタイムステップで繰り返されることにより一連のシミュレーションが行われる。一方、人体モデルが解析のために実用的なものであるためには、一連のシミュレーションのためのコンピュータによる計算時間が長過ぎないことが必要である。タイムステップは人体モデルの各要素の代表長さが短いほど短くなり、また、上記算時間はタイムステップが短いほど長くなる。また、タイムステップの最小値は、経験上、約１．０ｘ１０−６秒より短くならないように設定すべきである。
【００４６】
このような知見に基づき、本項に係る方法においては、コンピュータによる人体モデル全体に対する単位シミュレーションが単位時間であるタイムステップで繰り返されることにより一連のシミュレーションが行われるとともに、人体全身を複数の要素に、タイムステップの長さが予め設定された最小値より短くならないように予め設定された各要素の最小長さに関する条件を満たすように分割することにより、人体モデルが構成される。
【００４７】
したがって、この方法によれば、人体モデルの実用性を容易に向上させることができ、その結果、実用的な人体挙動解析方法を容易に実現することができる。
【００４８】
（１３）  前記人体の関節部を、そこに存在する前記結合組織の力学的特性を表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（１２）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００４９】
人体モデルは従来、人体の関節部を、そこに存在する結合組織を考慮することなく、機械的なジョイント要素でモデル化することにより、構成されていた。このような従来の人体モデルの一例は、人体を複数の剛体要素であって形状と質量とを有するものに分割するとともに、それら分割された複数の剛体要素をジョイント要素であってそれら複数の剛体要素が相対運動させられる運動軸を位置固定に有するものにより互いに結合した機構モデルである。
【００５０】
しかし、このようにして人体モデルが構成される場合には、例えば、現実の関節部の応力−歪み特性すなわち力学的特性を十分には正確に表現することができない。
【００５１】
これに対して、本項に係る方法においては、人体の関節部を、そこに存在する結合組織の力学的特性を表現するようにモデル化することにより、人体モデルが構成される。
【００５２】
したがって、この方法によれば、人体の関節部の運動および変形をより正確に表現可能となる。
【００５３】
（１４）  前記人体が、前記複数の骨のいくつかであってその人体の関節において互いに結合されるものがそのまわりに運動させられる運動軸を少なくとも１つ有するとともに、その運動軸の位置がそれらいくつかの骨の相対運動に応じて変化させられる運動軸可変関節部を含み、
その運動軸可変関節部を、解剖学的に等価な構造を前記人体モデルに採用することによってそれの運動軸の位置が変化させられるように表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（１３）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００５４】
人体モデルは従来、人体の運動軸可変関節部をそれの運動軸の位置が変化させられないように表現する機械的なジョイント要素でモデル化することにより、構成されていた。このような従来の人体モデルの一例は、前述の機構モデルである。
【００５５】
しかし、このようにして人体モデルが構成される場合には、例えば、運動軸可変関節部の現実の運動すなわち機構学的特性を十分には正確に表現することができない。
【００５６】
これに対して、本項に係る方法においては、人体の運動軸可変関節部を解剖学的に等価な構造を人体モデルに採用することによってそれの運動軸の位置が変化させられるように表現するようにモデル化することにより、人体モデルが構成される。
【００５７】
したがって、この方法によれば、人体の運動軸可変関節部の運動すなわち変位をより正確に表現可能となる。
【００５８】
（１５）  前記人体が、前記複数の骨のいくつかであってその人体の関節において互いに結合されるものがそのまわりに運動させられる運動軸を少なくとも１つ有するとともに、その運動軸の位置がそれらいくつかの骨の相対運動に応じて変化させられる運動軸可変関節部を含み、
その運動軸可変関節部を、解剖学的に等価な構造を前記人体モデルに採用することによってそれの運動軸の位置が変化させられるように表現するとともにその運動軸可変関節部に存在する前記結合組織の力学的特性を表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されており、
その人体モデルを用いることにより、人体全身の挙動の解析と、前記運動軸可変関節部を含む人体の実質的にすべての部位の変形の解析とを行う（１）ないし（１２）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００５９】
人体の運動軸可変関節部を、それの現実の力学的特性および機構学的特性を表現するようにモデル化することにより、人体モデルが構成される場合には、その人体モデルのうち運動軸可変関節部に対応する部分（以下、「関節部モデル」という。）が、運動軸可変関節部の特性、すなわち、変形特性および運動特性を高い精度で表現可能なモデルであることを意味する。そして、このことは、さらに、その関節部モデルを用いれば、運動軸可変関節部の挙動が反映された人体全身の挙動の解析と、その運動軸可変関節部の変形の解析とを行い得ることを意味する。
【００６０】
このような知見に基づき、本項に係る方法においては、人体の運動軸可変関節部の現実の力学的特性および機構学的特性を表現する人体モデルを用いることにより、人体全身の挙動の解析と運動軸可変関節部を含む人体の実質的にすべての部位の変形の解析とが行われる。
【００６１】
したがって、この方法によれば、同じ人体モデルを用いて複数種類の解析を行うことが可能となるため、人体の挙動と変形との解析に必要なコンピュータの計算時間を容易に短縮可能となる。
【００６２】
（１６）  前記人体の胸腹部を、そこに存在する複数の臓器の外力に対する変形を個別に表現するようにモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（１）ないし（１５）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００６３】
人体モデルにより、人体の胸腹部の変形をシミュレーション解析して評価することが既に提案されている。
【００６４】
しかし、その従来の提案は、人体の胸腹部をマクロ的にシミュレーション解析して評価するものであり、各臓器ごとに詳しい解析および評価を行うことを可能にするものではない。
【００６５】
これに対して、本項に係る方法においては、人体の胸腹部を、そこに存在する複数の臓器の外力に対する変形を個別に表現するようにモデル化することにより、人体モデルが構成される。
【００６６】
したがって、この方法によれば、人体における各臓器が個別にモデル化されるため、各臓器ごとに変形を解析して評価することが可能となる。
【００６７】
（１７）  人体への衝撃付与に応答してその人体の各部位に生ずる応力である衝撃応答応力がその衝撃付与時におけるその人体の姿勢に依存する環境において、
前記人体モデルを用いることにより、前記衝撃付与時における人体全身の姿勢を解析する姿勢解析工程と、
その解析された姿勢と前記人体モデルとを用いることにより、前記衝撃応答応力を解析する応力解析工程と
を含む（１）ないし（１６）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００６８】
この方法によれば、衝撃付与に応答する人体の応力がその衝撃付与時におけるその人体の姿勢に依存する環境において、人体モデルを用いることにより、衝撃付与時における人体全身の姿勢を考慮しつつ、衝撃応答応力を精度よく解析することが可能となる。
【００６９】
（１８）  前記環境が、人間が運動中に構造物に衝突する環境を含み、前記衝撃応答応力が、その人間の複数の部位のうち前記構造物に衝突するものに生ずる応力を含む（１７）項に記載の人体挙動解析方法。
【００７０】
（１９）  前記環境が、人間が転倒して地面または床に衝突する環境を含み、前記衝撃応答応力が、その人間の複数の部位のうち前記地面または床に衝突するものに生ずる応力を含む（１７）項に記載の人体挙動解析方法。
【００７１】
（２０）  前記環境が、人間が歩行または走行中にそれの足の裏において地面または床に着地する環境を含み、前記衝撃応答応力が、前記足に生ずる応力を含む（１７）項に記載の人体挙動解析方法。
【００７２】
（２１）  前記人間が、靴を履いており、前記衝撃応答応力が、前記靴に生ずる応力を含む（２０）項に記載の人体挙動解析方法。
【００７３】
（２２）  前記姿勢解析工程が、
（ａ）人体全身を、各々形状と質量とを有する複数の剛体要素に分割するとともに、それら複数の剛体要素を各ジョイント要素により、位置固定の運動軸まわりに互いに相対運動可能に結合することによりコンピュータ上でモデル化された機構モデルに基づき、前記衝撃付与の前における人体全身の姿勢を解析する第１解析工程と、
（ｂ）その解析された姿勢を前記人体モデルに与えるとともに、その後に、その人体モデルに基づき、前記衝撃付与時における人体全身の姿勢を解析する第２解析工程と
を含む（１７）ないし（２１）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法。
【００７４】
前記（１７）項における人体モデルと、本項における機構モデルとを互いに比較すると、機構モデルによれば、人体全身の挙動および各部位の応力を精度よく解析することはできないが、人体全身の挙動を短時間で解析し得る。これに対して、人体モデルによれば、人体全身の挙動および各部位の応力を精度よく解析することはできるが、人体全身の挙動解析に、機構モデルより長い時間が必要となるのが一般的である。
【００７５】
そこで、本項に係る方法においては、姿勢解析にそれほど高い精度が要求されない段階、すなわち、衝撃付与の前の段階においては、機構モデルが用いられることにより、人体全身の姿勢を短時間で解析可能となっており、さらに、姿勢解析に高い精度が要求される段階、すなわち、衝撃付与の前からその衝撃付与時までの間においては、人体モデルが用いられることにより、人体全身の姿勢を高精度で解析可能となっている。
【００７６】
（２３）  （１）ないし（２２）項のいずれかに記載の人体挙動解析方法を実行するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【００７７】
このプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記（１）ないし（２２）項のいずれかに係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な効果が実現され得る。
【００７８】
このプログラムは、それの機能を果たすためにコンピュータにより実行される指令の組合せのみならず、各指令に従って処理されるファイルやデータをも含むように解釈することが可能である。
【００７９】
また、このプログラムは、それ単独でコンピュータに実行されることにより、所期の目的を達するものとしたり、他のプログラムと共にコンピュータに実行されることにより、所期の目的を達するものとすることができる。後者の場合、本項に係るプログラムは、データを主体とするものとすることができる。
【００８０】
（２４）  （２３）項に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【００８１】
この記録媒体に記録されているプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記（１）ないし（２２）項のいずれかに係る方法と同じ作用効果が実現され得る。
【００８２】
この記録媒体は種々な形式を採用可能であり、例えば、フレキシブルディスク等の磁気記録媒体、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の光記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、ＲＯＭ等のアンリムーバブル・ストレージ等のいずれかを採用し得る。
【００８３】
（２５）  人体全身が少なくともそれの骨格組織であって複数の骨を含むものに関してコンピュータ上でモデル化された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによるシミュレーションプログラムの実行によってシミュレートして解析し、その解析結果に基づき、ユーザにより特定されるアプリケーションを前記コンピュータまたは別のコンピュータにより実行する人体挙動解析・応用システム。
【００８４】
（２６）  人体全身を、前記骨格組織と、人体の複数の部位を互いに結合する結合組織であって少なくとも１つの靭帯と少なくとも１つの腱と少なくとも１つの筋肉との少なくとも１つを含むものとに関してモデル化することにより、前記人体モデルが構成されている（２５）項に記載の人体挙動解析・応用システム。
【００８５】
このシステムによれば、人体全身がそれの骨格組織と結合組織とに関してモデル化されるため、例えば骨格組織のみに関してモデル化する場合に比較して、人体モデルを、現実の人間の挙動をより忠実に表現し得るように構築することが容易になる。
【００８６】
（２７）  前記シミュレーションプログラムが、前記人体モデルに基づき、前記予め設定されたシミュレーション解析条件を考慮することにより、人体全身につき、それの実質的にすべての部位の挙動と荷重とのうちの少なくとも挙動と各部位に生ずる変形の程度とをシミュレートして解析するものである（２６）項に記載の人体挙動解析・応用システム。
【００８７】
このシステムによれば、人体全身につき、それの実質的にすべての部位の挙動と荷重とのうちの少なくとも挙動と各部位に生ずる変形の程度とをコンピュータによりシミュレートして解析することが可能となる。
【００８８】
なお付言すれば、前記（２５）ないし（２７）項のいずれかに係るシステムは、前記（２）ないし（２２）項のいずれかに記載の特徴的技術と共に実施することが可能である。
【００８９】
（２８）  通信可能に互いに接続されたサーバ・コンピュータとクライアント・コンピュータとの少なくとも１つを含む人体挙動解析・応用システムであって、
前記サーバ・コンピュータは、人体全身が少なくともそれの骨格組織であって複数の骨を含むものに関してコンピュータ上でモデル化された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション解析条件のもと、その人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによるシミュレーションプログラムの実行によってシミュレートして解析し、その解析結果を前記クライアント・コンピュータに送信するものであり、
前記クライアント・コンピュータは、前記サーバ・コンピュータから受信した解析結果に基づき、そのユーザにより特定されるアプリケーションを実行するものである人体挙動解析・応用システム。
【００９０】
このシステムによれば、人体全身のモデルを用いてシミュレーション解析された結果に基づき、ユーザにより特定されるアプリケーション（特定の用途に向けられたコンピュータ・プログラム）が実行されるため、ユーザはアプリケーションを所期の目的が十分に達成されるように実行させ得る。
【００９１】
本項に係るシステムは、前記（２）ないし（２２）および（２５）ないし（２７）項のいずれかに記載の特徴的技術と共に実施することが可能である。
【００９２】
（２９）  人体の全身または局部を対象として複数の要素に分割することによってモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記複数の要素がタイプに関して、太さを有しないで長さを有する１次元要素と、厚さを有しないで面積および形状を有する２次元要素と、体積および形状を有する３次元要素とに分類され、その２次元要素は、それの面内方向において引張力も圧縮力も発生させる板要素と、その面内方向において引張力は発生させるが圧縮力は発生させない膜要素とに分類され、前記対象を構成する複数の部位が靭帯、腱または筋肉を含むように構成されており、
当該方法が、前記複数の部位のうち、他の部位と面積を有する領域で接触しつつ相対運動させられる各第１部位は、複数の膜要素に分割することによってモデル化するのに対し、それら接触および相対運動が実質的に起こらない各第２部位は、複数の１次元要素に分割することによってモデル化する第１モデル化工程を含む人体モデル作成方法。
【００９３】
人体を構成する複数の部位である靭帯、腱または筋肉は、骨と比較すれば厚さが薄いことに着目すれば、２次元要素のうちの膜要素によってモデル化することが考えられる。しかし、それら複数の部位のうち、他の部位と面積を有する領域で接触しつつ相対運動させられる各第１部位は、複数の膜要素に分割することによってモデル化することが解析精度確保のために必要であるのに対し、それら接触および相対運動が実質的に起こらない各第２部位は、複数の１次元要素に分割することによってモデル化しても、ある程度の解析精度が確保され、このようにモデル化すれば、モデル化に必要な手間や時間を容易に削減し得る。
【００９４】
このような知見に基づき、本項に係る方法によれば、モデル化対象を構成する複数の部位が、他の部位と面積を有する領域で接触しつつ相対運動させられる各第1部位は、複数の膜要素に分割されることによってモデル化されるのに対し、それら接触および相対運動が実質的に起こらない各第２部位は、複数の１次元要素に分割されることによってモデル化される。
【００９５】
したがって、この方法によれば、モデル化に必要な手間や時間を削減しつつ、解析精度を確保し得る。
【００９６】
この方法は、モデル化に必要な手間や時間を削減し得る点に注目すれば、人体全身を骨格組織と結合組織とに関してモデル化することが必要であるためにモデル化に必要な手間および時間の削減が特に強く要望される状況において実施することが特に望ましいが、この方法に内在する思想は、人体を局部的にモデル化する技術においても採用することが可能である。
【００９７】
（３０）  前記複数の部位が、硬くて薄い外層と柔らかい内部とを有する骨を含み、当該方法が、さらに、その外層は、複数の板要素に分割することによってモデル化するのに対し、その内部は、複数の３次元要素に分割することによってモデル化する第２モデル化工程を含む（２９）項に記載の人体モデル作成方法。
【００９８】
人体の骨は、その全体を複数の３次元要素に分割することによってモデル化することが考えられる。しかし、骨が、硬くて薄い外層と柔らかい内部とを含むように構成される場合には、その外層が、代表長さが短い複数の３次元要素に分割されることとなる。各３次元要素の代表長さが短いことは、前述のように、解析に必要なコンピュータ計算時間が長くなることを意味する。これに対して、外層の厚さが薄いことに着目すれば、その外層を複数の２次元要素に分割することによってモデル化することが考えられ、このようにモデル化すれば、各要素の代表長さが短くなるという問題を容易に回避し得る。
【００９９】
このような知見に基づき、本項に係る方法によれば、硬くて薄い外層と柔らかい内部とを含む骨が、その外層は、複数の板要素に分割されることによってモデル化されるのに対し、その内部は、複数の３次元要素に分割されることによってモデル化される。
【０１００】
したがって、この方法によれば、コンピュータによる計算時間の短縮を図りつつ、解析精度を確保することが容易になる。
【０１０１】
（３１）  前記第１モデル化工程が、前記各第1部位を複数の膜要素に、各膜要素が正方形に近似した四辺形を成すように分割する工程を含む（２９）または（３０）項に記載の人体モデル作成方法。
【０１０２】
（３２）  前記第２モデル化工程が、前記外層を複数の板要素に、各板要素が正方形に近似した四辺形を成すように分割する工程を含む（２９）ないし（３１）項のいずれかに記載の人体モデル作成方法。
【０１０３】
（３３）  前記第２モデル化工程が、前記内部を複数の３次元要素に、各３次元要素が立方体に近似した六面体を成すように分割する工程を含む（２９）ないし（３２）項のいずれかに記載の人体モデル作成方法。
【０１０４】
（３４）  人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記対象が、物理的に互いに独立した複数の元部位を含むように構成されており、
当該方法が、
各元部位を少なくとも１つの分割面により複数の小部位に、各小部位の平坦さが、それが属する元部位全体の平坦さより増すように分割する第１分割工程と、
それら分割された各小部位を複数の要素に分割することにより、各小部位をモデル化する第２分割工程と
を含む人体モデル作成方法。
【０１０５】
対象をモデル化するに際し、従来においては、その対象を構成する複数の元部位であって互いに物理的に独立しているものに着目し、各元部位ごとに要素分割を行ってモデル化が行われていた。
【０１０６】
しかし、それら複数の元部位の中には、全体的に平坦である元部位もあれば、幾何学的にねじれている元部位もある。後者の元部位を、それを最小単位として取り扱うことにより、複数の要素に分割したのでは、その元部位の力学的特性を精度よく表現するようにその元部位をモデル化することができない場合がある。
【０１０７】
これに対して、本項に係る方法においては、各元部位が複数の小部位に、各小部位の平坦さが、それが属する元部位の平坦さより増すように分割される。その後、それら分割された各小部位が、それが最小単位として取り扱われることにより、複数の要素に分割され、これにより、各小部位がモデル化される。
【０１０８】
したがって、この方法によれば、各元部位の形状の複雑さの如何にかかわらず、各元部位を精度よくモデル化することが容易となる。
【０１０９】
この方法は、モデル化に必要な手間や時間を削減し得る点に注目すれば、人体全身を骨格組織と結合組織とに関してモデル化することが必要であるためにモデル化に必要な手間および時間の削減が特に強く要望される状況において実施することが特に望ましいが、この方法に内在する思想は、人体を局部的にモデル化する技術においても採用することが可能である。
【０１１０】
（３５）  （３４）項に記載の人体モデル作成方法により作成された人体モデルに基づき、予め設定されたシミュレーション初期条件のもと、人体の少なくとも１つの部位の挙動をコンピュータによりシミュレートして解析する人体挙動解析方法であって、
前記人体モデルの前記複数の要素のうち前記各分割面を境界にして互いに隣接する複数の隣接要素が、各隣接要素の頂点である節点の座標値に関して、本来であれば互いに一致すべきであるにもかかわらず互いに一致しない場合に、それら本来であれば互いに一致すべき複数の節点が前記シミュレーション中に相対的に変位しないように前記シミュレーション初期条件を設定する条件設定工程を含む人体挙動解析方法。
【０１１１】
前記（３４）項に記載の人体モデル作成方法により作成された人体モデルにおいて、各分割面を境界にして互いに隣接する複数の隣接要素が、各隣接要素の頂点である節点の座標値に関して、本来であれば互いに一致すべきであるにもかかわらず互いに一致しない場合がある。この場合、その予定外の不一致を無視してシミュレーションを行うと、その予定外の不一致に起因して解析精度が低下する可能性がある。
【０１１２】
そこで、本項に係る方法においては、本来であれば互いに一致すべき複数の節点がシミュレーション中に相対的に変位しないようにシミュレーション初期条件が設定される。
【０１１３】
したがって、この方法によれば、現実には互いに一致しない複数の節点があたかも互いに一致するようにシミュレーションにおいて取り扱われることとなる。
【０１１４】
その結果、この方法によれば、元部位に対する第1分割の後に要素への第2分割を行うという技術の採用がかえってシミュレーション解析精度を低下させる要因となってしまうことを容易に回避し得る。
【０１１５】
（３６）  人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成する人体モデル作成方法であって、
前記対象が、２つの骨を互いに結合する関節をまたいで延びる筋肉を含み、かつ、その筋肉が、それの両端においてそれら２つの骨に結合され、それの中間においてそれら２つの骨の一方に結合されたものであり、
当該方法が、その筋肉を、太さを有しないで長さを有するとともに力を伝達する１次元要素により分割することによってモデル化するモデル化工程であって、
前記２つの骨が互いに成す角度が変化するにもかかわらず、前記１次元要素がそれら２つの骨に沿って延びる状態が維持されるようにその１次元要素の経路を最適化する第1最適化工程と、
その１次元要素と前記２つの骨との間における力の伝達が現実の特性を有するようにそれら１次元要素と２つの骨との結合を最適化する第2最適化工程と
を含む人体モデル作成方法。
【０１１６】
この方法によれば、２つの骨を互いに結合する関節をまたいで延びる筋肉であって、それの両端においてそれら２つの骨に結合され、それの中間においてそれら２つの骨の一方に結合されたものが、それの経路と力伝達特性とを精度よく表現するようにモデル化することが容易になる。
【０１１７】
（３７）  前記第1最適化工程が、前記１次元要素が、それの両端において前記２つの骨と結合する２つの端結合点と、それの中間において前記一方の骨と結合する中間結合点を有するように、前記筋肉をモデル化する工程を含み、
前記第2最適化工程が、その中間結合点におけるその１次元要素と前記一方の骨との結合を、その一方の骨に固定的に位置決めされた滑車と、その滑車により支持されるロープとの概念的な組合せにより表現されるようにモデル化する工程を含む（３６）項に記載の人体モデル作成方法。
【０１１８】
この方法によれば、滑車とロープとの概念的な組合せにより、１次元要素の経路と力伝達特性とを精度よく表現することが容易になる。
【０１１９】
（３８）  前記筋肉が、アキレス腱とそれから延びる下腿三頭筋との複合体である（３６）または（３７）項に記載の人体モデル作成方法。
【０１２０】
（３９）  人体の全身または局部を対象としてモデル化することにより、人体モデルを作成することをコンピュータであって画面を有するものによって支援する人体モデル作成支援方法であって、
前記対象を構成する複数の部位の各々に関連付けて、各部位の特性を精度よく表現する部位モデルを少なくとも１つ、標準的な部位モデルとして予め記憶しているメモリから、ユーザが人体について今回モデル化しようとする部位に対応する部位モデルを読み出し、その読み出された部位モデルを前記コンピュータの画面上に表示する第１表示工程と、
ユーザからの指令に応じ、その表示されている部位モデルに形状および大きさを与えることにより、その部位モデルを定義する定義工程と
を含む人体モデル作成支援方法。
【０１２１】
この方法においては、対象を構成する複数の部位の各々に関連付けて、各部位の特性を精度よく表現する部位モデルが少なくとも１つ、標準的な部位モデルとしてメモリに予め記憶されている。そして、このメモリから、ユーザが人体について今回モデル化しようとする部位に対応する部位モデルが読み出され、その読み出された部位モデルがコンピュータの画面上に表示される。
【０１２２】
したがって、この方法によれば、人体のモデル化に必要な経験や知識がなくても、ユーザが適当な部位モデルを選択して人体をモデル化することが容易になる。
【０１２３】
その結果、この方法によれば、ユーザは、各部位ごとにいちいち、その各部位の特性を精度よく表現する部位モデルを０から定義することが不可欠ではなくなる。
【０１２４】
（４０）  前記メモリに予め記憶されている少なくとも１つの部位モデルが、人体の同じ部位に関し、タイプが異なる複数の部位モデルを複数の候補部位モデルとして含み、
当該方法が、さらに、
ユーザからの指令に応じ、それら複数の候補部位モデルのいずれかを最終部位モデルとして選択する選択工程と、
その選択された最終部位モデルを前記画面上に表示する第２表示工程と
を含み、かつ、
前記定義工程が、ユーザからの指令に応じ、その表示されている最終部位モデルに形状および大きさを与えることにより、その最終部位モデルを定義するものである（３９）項に記載の人体モデル作成支援方法。
【０１２５】
この方法によれば、人体の同じ部位に関し、１つの部位モデルが選択されて表示されるのではなく、タイプが異なる複数の部位モデルが表示される。
【０１２６】
したがって、この方法によれば、部位モデルの選択の自由度が向上し、ユーザの種々なニーズに容易に対応し得る。
【０１２７】
（４１）  人体の同じ部位に関する前記複数の候補部位モデルのうちの少なくとも１つが、その部位を1次元要素によりモデル化するとともに、その１次元要素と人体の他の部位との結合を、その他の部位に固定的に位置決めされた滑車と、
その滑車により支持されるロープとの概念的な組合せにより表現されるようにモデル化する候補部位モデルである（４０）項に記載の人体モデル作成支援方法。
【０１２８】
この方法によれば、滑車とロープとの概念的な組合せにより、１次元要素の経路と力伝達特性とを精度よく表現することが容易になる。
【０１２９】
（４２）  （３９）ないし（４１）項のいずれかに記載の人体モデル作成支援方法を実行するためにコンピュータにより実行されるプログラム。
【０１３０】
このプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記（３９）ないし（４１）項のいずれかに係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な効果が実現され得る。
【０１３１】
このプログラムは、それの機能を果たすためにコンピュータにより実行される指令の組合せのみならず、各指令に従って処理されるファイルやデータをも含むように解釈することが可能である。
【０１３２】
（４３）  （４２）項に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。
【０１３３】
この記録媒体に記録されているプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記（３９）ないし（４１）項のいずれかに係る方法と同じ作用効果が実現され得る。
【０１３４】
この記録媒体は種々な形式を採用可能であり、例えば、フレキシブルディスク等の磁気記録媒体、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の光記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、ＲＯＭ等のアンリムーバブル・ストレージ等のいずれかを採用し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１３５】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【０１３６】
図１には、本発明の第１実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システム(以下、単に「解析・応用システム」という。）１０が示されている。
【０１３７】
この解析・応用システム１０は、シミュレーション用コンピュータシステム１２と、設計支援コンピュータ（ＣＡＤ）システム１４と、制御用コンピュータシステム１６とを備えている。それらコンピュータシステム１２，１４，１６はそれぞれ、同図において、「システム」という用語が省略されて示されている。
【０１３８】
設計支援コンピュータシステム１４は、よく知られているように、設計者が車両の構造を設計する際にその設計者を支援するものである。以下、この設計支援コンピュータシステム１４を、説明の便宜上、設計支援コンピュータ１４という。
【０１３９】
シミュレーション用コンピュータシステム１２は、乗員の挙動をコンピュータ上で表現し得る人体モデルを用いることにより、その乗員が乗車している車両が障害物に接触する際にその乗員の各部位に生ずる挙動と荷重（応力）とをシミュレーションにより解析するものである。
【０１４０】
このシミュレーション用コンピュータシステム１２は、さらに、人体のすべての部位についての荷重の解析結果に基づき、それら部位のうち基準以上の変形（以下、単に「超過変形」という）が発生する可能性がある部位を変形発生部位として決定する。具体的には、このコンピュータシステム１２は、人体の各部位における荷重の解析結果を各部位の位置に関連付けた場合に、荷重が局部的に大きい部位を変形発生部位に決定する。このように、このコンピュータシステム１２は、荷重の解析結果に基づいて相対的に、すべての部位のうち超過変形が発生する可能性がある部位を決定するのである。
【０１４１】
このシミュレーション用コンピュータシステム１２は、上述の他の２つのコンピュータシステム１４，１６と同様に、図２に示すように、コンピュータ１８と、共に入力装置としてのキーボード２０および図示しないマウスと、出力装置としてのモニタ２２とを備えている。コンピュータ１８は、よく知られているように、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭがバスにより互いに接続されて構成されている。コンピュータ１８は、さらに、記憶装置２４を備えている。記憶装置２４は、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体２６からプログラムおよびデータを読み出したり、その記録媒体２６にデータを書き込んだりするものである。以下、このシミュレーション用コンピュータシステム１２を、説明の便宜上、シミュレーション用コンピュータ１２という。
【０１４２】
上記記録媒体２６には、人体モデルを定義するためのデータと、その人体モデルを用いて、車両に外部から衝撃が加わった時の乗員の挙動および変形の程度をシミュレーション解析するためのシミュレーションプログラムとが予め記録されている。このシミュレーションプログラムは、車両に外部から衝撃が加わった時の乗員の挙動および変形の程度を有限要素法を用いてシミュレートするプログラムである。有限要素法は、よく知られているように、コンピュータによる数値計算手法の一つであり、連続体を多数の、有限の大きさを有する要素、例えば、メッシュに分割し、個々の要素の物理量を連立の材料特性方程式に組み込んで全体の系を数値計算する手法である。材料特性方程式は、有限要素法の解析特性を制御する係数として材料特性係数を有している。
【０１４３】
図３には、前記記録媒体２６に記録されている人体モデル３０が三次元イメージで示されている。同図において人体モデル３０は、車両においてその内側を向くように傾斜したフロアパネル３１に両足を置いて簡略のシート３２に着座した姿勢で示されている。この人体モデル３０は、有限要素法により、車両に外部から衝撃が加わった時の乗員の挙動および変形の程度を数値解析するためのモデルである。
【０１４４】
この人体モデル３０は、人体全身を、人体の形状と、人体の骨の強度や、軟組織のうちの皮膚の柔らかさに至るまでの人体の力学的特性とに関して忠実に表現している。具体的には、この人体モデル３０は、人体を骨、皮膚、靭帯および腱に関して詳細に表現するものなのである。さらに、この人体モデル３０は、人体の筋肉に関しても表現し、軟組織のうちの肉と脂肪とに関しても表現している。
【０１４５】
ただし、図３においては、説明の便宜上、人体モデル３０の右半身については、肉および脂肪が取り除かれて骨、腱等が見えるように示されているのに対し、左半身については、皮膚が見えるように示されている。
【０１４６】
この人体モデル３０は、人体全身を表現するために複数の剛体部位が複数の機械的なジョイント要素により互いに連結されて構成された機構モデルを利用することなく、構成されている。したがって、この人体モデル３０によれば、人体全身を解剖学的に忠実に表現することが可能となり、その結果、人体全身の挙動を精度よくシミュレートすることが可能となる。
【０１４７】
さらに、この人体モデル３０においては、人体全身のすべての部位が、各部位の外力に対する変形を表現する変形可能要素によりモデル化されている。したがって、この人体モデル３０によれば、人体全身につき、各部位の変形を精度よく解析することが可能となる。
【０１４８】
さらに、この人体モデル３０においては、人体全身におけるすべての骨が、弾性域に塑性域が後続する力学的特性を有する弾塑性体を表現する弾塑性体要素によりモデル化されている。塑性域において骨への外力が増加すればやがて破壊に至る。したがって、この人体モデル３０によれば、骨折を解析して評価することが可能となる。
【０１４９】
以上の説明から明らかなように、人体モデル３０においては、人体全身が、それの解剖学的な形状と構造と特性とに関して忠実に表現されており、その結果、各部位の、外力に対する物理的な応答が精度よく表現されているのである。
【０１５０】
このように、本実施形態においては、人体全身が骨格組織のみならず靭帯、腱、筋肉等の結合組織に関してもモデル化されているが、人体のすべての部位がモデル化されているわけではない。人体の骨格組織を構成する複数の単位（ここに、一単位は、例えば、独立した１個の骨を意味する）と結合組織を構成する複数の単位（ここに、一単位は、例えば、独立した１個の筋肉を意味する）のうち、人体挙動の解析精度に対する寄与度が大きいものに関してはモデル化されるが、その寄与度が小さいものに関してはモデル化されないのである。
【０１５１】
具体的には、例えば、図４３に示すように、乗員の足の裏からの入力に対する足関節における変形を正確に解析するため、アキレス腱および足の裏にある靭帯がモデル化されている。また、例えば、図３に示すように、乗員の頭部における変形を正確に解析するため、頭部を上肢に対して支持するための筋肉３４もモデル化されている。しかし、車両に外部から衝撃が加わった時に変形が生じ難い部位にある結合組織についてはモデル化が省略されている。
【０１５２】
このように、本実施形態においては、モデル化する部位の選択がシミュレーションという目的との関係において最適化されているのであり、よって、シミュレーションプログラムの計算時間が車両の開発および設計にとって実用的なレベルとなるようにモデル化が行われているのである。
【０１５３】
また、本実施形態においては、上述のように、人体の頭部を支持するための筋肉３４がモデル化されているが、１次元弾性はり、すなわち、弾性を有するバー要素としてモデル化されている。
【０１５４】
また、本実施形態においては、人体モデル３０が、それの少なくとも１つの部位の形状、位置、機構学的特性および力学的特性の少なくとも１つを定義する可変パラメータを有するものとされており、その可変パラメータが、シミュレーションプログラムの実行に先立ち、ユーザである設計者により特定される。
【０１５５】
ここで、人体モデル３０をさらに具体的に説明する。
【０１５６】
１．人体モデル３０における各要素の長さについて
【０１５７】
本実施形態においては、シミュレーション用コンピュータ１２による人体モデル３０の全体に対する単位シミュレーションが単位時間であるタイムステップΔｔで繰り返されることにより一連のシミュレーションが行われる。
【０１５８】
ところで、タイムステップΔｔは、人体モデル３０を構成する各要素ごとに、以下のように計算することができる。
【０１５９】
Δｔ＝｛Ｌ√（ρ／Ｅ）｝
【０１６０】
ただし、
【０１６１】
Ｌ：各要素を代表する長さ（実用的には、例えば、各要素の最小の辺の長さ）
【０１６２】
Ｅ：各要素のヤング率
【０１６３】
ρ：各要素の質量密度
【０１６４】
そして、すべての要素についてのすべてのタイムステップΔｔのうち最小のものが、人体モデル３０の全体を解析する際のタイムステップΔｔとして使用される。
【０１６５】
経験的には、タイムステップΔｔの最小値として適当な値は、１．０ｘ１０−６秒である。本実施形態においては、その適正値に対して余裕を持つように、１．２ｘ１０−６秒がタイムステップΔｔの最小値に予め設定されるとともに、タイムステップΔｔがその最小値より短くならないように、人体が複数の要素に分割されることにより、人体モデル３０が構成されている。
【０１６６】
ここに、ヤング率Ｅおよび質量密度ρは、モデル化されるべき材料の各種類すなわち人体の各部位の位置に応じてほぼ決まった値を有する。したがって、タイムステップΔｔの最小値を満たすためには、人体が分割される要素の大きさに制限を課することが必要となる。具体的には、以下の通りである。
【０１６７】
Ｌ＞｛√（Ｅ／ρ）｝ｘ１．２ｘ１０−６
【０１６８】
例えば、図４に表形式で示すように、人体の代表的部位として皮質骨を選んだ場合には、ヤング率Ｅが１７［GPa］、質量密度ρが２，０００［kg/m3］であると仮定すると、各要素の代表長さＬの最小値は３．５［mm］となる。
【０１６９】
これに対して、同図に示すように、人体の代表的部位として海綿骨を選んだ場合には、ヤング率Ｅが０．０７［GPa］、質量密度ρが１，０００［kg/m3］であると仮定すると、各要素の代表長さＬの最小値は０．３２［mm］となる。
【０１７０】
２．人体モデル３０における要素の総数について
【０１７１】
人体モデル３０が実用的であるといえるためには、その人体モデル３０を用いたシミュレーション解析のためのシミュレーション用コンピュータ１２の計算時間Ｔが長過ぎないことが必要である。このように計算の高効率化を図るためには、タイムステップΔｔの最小値をできる限り大きくすることと、人体モデル３０を構成する要素の総数である要素数Ｎをできる限り少なくすることが大切である。すなわち、それら計算時間Ｔと要素数ＮとタイムステップΔｔとの間には、計算時間Ｔが、要素数Ｎ／タイムステップΔｔに比例するという関係が存在すると考えることができるのである。
【０１７２】
ここで、要素数Ｎと計算時間Ｔとの関係に着目すれば、それらの間には、要素数Ｎに対して計算時間Ｔがリニアに変化するという関係が成立する。例えば、要素数Ｎが２倍になれば、計算時間Ｔも２倍になるのである。
【０１７３】
本実施形態においては、人体モデル３０の要素数Ｎは１０万程度である。本実施形態においては、前述の説明から明らかなように、人体モデル３０が、比較的単純な車両モデル（図３参照）と共に用いられて人体の挙動および発生荷重に関するシミュレーション解析が行われるが、現実の車両をより忠実に表現した車両モデルと共に用いることにより、人体の挙動および発生荷重を、車両の挙動および変形と共にシミュレートして解析するために本発明を実施することが可能である。そして、後者の場合には、車両モデルを構成する要素の総数は、普通、人体モデル３０の要素数Ｎより多く、例えば、２０万ないし３０万程度とされる。
【０１７４】
ここで、このように人体モデル３０と詳細な車両モデルとを組合わせて使用する場合に、人体モデル３０の要素数Ｎの変化とタイムステップΔｔの変化とのうちのいずれが、それら２つのモデル全体の計算時間Ｔの長さに大きく影響するかを検討する。
【０１７５】
まず、人体モデル３０の要素数Ｎの影響度を検討するに、たとえ人体モデル３０の要素数Ｎが２倍に増加したとしても、２つのモデル全体の要素数は、１．３倍程度にしか増加せず、よって、計算時間Ｔの増加率も１．３倍程度である。このように、人体モデル３０の要素数Ｎの変化が計算時間Ｔに及ぼす影響は比較的小さい。
【０１７６】
次に、人体モデル３０のタイムステップΔｔの影響度を検討するに、車両モデルのタイムステップは前記最小値を満たしているが、人体モデル３０のタイムステップΔｔはその最小値の１／２に減少したとすると、計算時間Ｔは２倍に増加してしまう。このように、人体モデル３０のタイムステップΔｔの変化が計算時間Ｔに及ぼす影響は比較的大きい。
【０１７７】
以上の説明から明らかなように、人体モデル３０と車両モデルとを組合わせて使用する場合には、計算の高効率化を図るためには、人体モデル３０を構成するために人体を複数の要素に分割する際に、人体モデル３０のタイムステップΔｔが前記最小値を満たすように留意することの方が、人体モデル３０の要素数Ｎが少なくなるように留意することより、重要なのである。
【０１７８】
本実施形態においては、人体を複数の要素に分割する際に、人体モデル３０のタイムステップΔｔが前記最小値より短くならないようにするための対策がいくつか講じられている。
【０１７９】
例えば、人体の手足の指先の骨（以下、「指先骨」という）、現実には非常に細かいため、その指先骨を、人体モデル３０のうちその指先骨に対応する部分（以下、指先骨モデル」という）が力学的特性に関して十分に忠実に表現されるようにモデル化した場合には、その指先骨モデルのタイムステップΔｔが前記最小値より短くなってしまう。具体的には、その指先骨モデルの各要素の代表長さが２［mm］となるように指先骨を分割すると、ヤング率Ｅが１７[GPa]、質量密度ρが２，０００［kg/m3］である場合には、タイムステップΔｔが０．６９ｘ１０−６秒というように、前記最小値である１．２ｘ１０−６秒より短くなってしまうのである。
【０１８０】
そこで、本実施形態においては、指先骨モデルのいずれの要素についてもタイムステップΔｔが上記最小値より短くならないように、指先骨が分割されて人体モデル３０が構成されている。
【０１８１】
なお付言すれば、Wayne State Universityが人体の詳細な頭部モデルを開発したことが知られているが、その頭部モデルのタイムステップは１．０ｘ１０−７秒であり、車両モデルと組合わせてシミュレーション解析を行う場合に特に、実用性が不足すると予測される。
【０１８２】
３．人体モデル３０の関節部の構造について
【０１８３】
本実施形態においては、人体の関節部が、そこに現実に存在する靭帯、腱等の結合組織が少なくとも力学的特性に関して忠実に表現されるようにモデル化されることにより、人体モデル３０が構成されている。
【０１８４】
図５には、人体モデル３０のうち、人体の左右の脚のいずれかの膝関節部に対応する部分（以下、「膝関節部モデル」という）が一例として拡大して斜視図で示されている。この膝関節部モデルは、人体の膝関節部を構成する複数の骨と、靭帯、腱等の結合組織とが再現されるように構成されている。同図においては、膝関節部モデルが、説明の便宜上、皮膚および脂肪が取り除かれて骨、靭帯、腱等が見えるように示されている。
【０１８５】
したがって、本実施形態によれば、人体のすべての関節部の実際の応力ー歪み状態を、現実のすべての関節部を機械的なジョイント要素としてモデル化した場合より正確に再現することができる。その結果、人体のすべての関節部の変形状態を従来モデルより正確に再現可能となる。
【０１８６】
人体には、それの関節において互いに結合される複数の骨がそのまわりに運動させられる運動軸を少なくとも１つ有するとともに、その運動軸の位置がそれら複数の骨の相対運動に応じて変化させられる運動軸可変関節部が存在する。このような運動軸可変関節部の一例は、上述の膝関節部である。
【０１８７】
そして、本実施形態においては、その運動軸可変関節部を、解剖学的に等価な構造を採用することによってそれの運動軸の位置が変化させられるように表現するとともにその運動軸可変関節部に存在する結合組織の力学的特性を表現するようにモデル化することにより、人体モデル３０が構成されている。
【０１８８】
したがって、本実施形態によれば、運動軸可変関節部が力学的特性および機構学的特性の双方に関して忠実にモデル化され、その結果、その運動軸可変関節部の変形および運動を従来モデルより精度よく解析することが可能となっている。
【０１８９】
さらに、本実施形態においては、人体モデル３０を用いることにより、人体全身の挙動の解析と関節部を含む人体のすべての部位の変形状態の解析とが行われる。
【０１９０】
したがって、本実施形態によれば、複数種類の解析が同じ人体モデル３０を用いて行うことが可能となるため、人体の挙動の解析と人体の変形状態の解析とにかかるシミュレーション用コンピュータ１２の計算時間を容易に短縮可能となる。
【０１９１】
４．人体モデル３０のうち人体の胸腹部に対応する部分について
【０１９２】
従来の人体モデルにおいては、人体の内臓全体の変形状態が、最大たわみ、最大たわみ速度、粘性基準（すなわち、たわみとたわみ速度との積）というようなマクロ的な物理量を用いることにより、再現されて評価される。そのため、この従来の人体モデルでは、各臓器ごとに変形状態を再現して評価することは困難である。
【０１９３】
これに対して、本実施形態においては、人体の胸腹部が、そこに現実に存在する複数の臓器が少なくとも変形特性に関して個別に忠実に表現されるようにモデル化されることにより、人体モデル３０が構成されている。
【０１９４】
人間の複数の臓器のうち、車両に外部から衝撃が加わった時における人体の解析において人体の胸腹部の変形状態を評価する際に評価することが特に重要であるものは、脾臓と肝臓とである。したがって、本実施形態においては、少なくとも脾臓と肝臓とに関し、人体が忠実にモデル化された人体モデル３０が構成されている。図６には、脾臓モデル３５ａが正面図と平面図とで表されており、図７には、脾臓モデル３５ａの妥当性を検証するためにツールを脾臓モデル３５ａに突き当てる動的変形試験の内容が正面図と斜視図とで表されている。また、図８には、肝臓モデル３５ｂが正面図と平面図とで表されており、図９には、肝臓モデル３５ｂの妥当性を検証するためにツールを肝臓モデル３５ｂに突き当てる動的変形試験の内容が斜視図で表されている。
【０１９５】
したがって、本実施形態によれば、人体における各臓器（正確には、人体の胸腹部の変形状態を評価する際に個別に評価することが重要な各臓器）が個別にモデル化されているため、各臓器ごとに変形状態を解析し、評価することが可能となる。
【０１９６】
具体的には、本実施形態においては、ある条件で人体モデル３０を用いたシミュレーション解析により、各臓器の荷重、たわみ等の変形状態量を予測することができ、さらに、局部的な応力を別の変形状態量として予測することもできる。各臓器ごとに変形状態量を表すデータをある条件で予測することができるのである。
【０１９７】
さらに、本実施形態においては、ある条件で予測されたデータに基づき、各臓器ごとに前記超過変形の発生が予測される。具体的には、その予測されたデータと、人体の各臓器の耐変形値（各臓器に超過変形が生じた場合に所定の変形状態量が超えることとなる値）とが互いに比較され、その予測されたデータが耐変形値を超えた場合に、該当する臓器に超過変形が発生したと予測される。
【０１９８】
ここに、ある臓器に超過変形が発生したと予測した事実は、シミュレーション用コンピュータ１２がモニタ２２上で文字、記号等、表意手段によってユーザに知らせることが可能であるが、例えば、モニタ２２上で、該当する臓器モデルの色を変化させることによって感覚的にユーザに知らせることも可能である。
【０１９９】
本実施形態においては、上述の各臓器の耐変形値が、過去の文献において報告された値を用いたり、人体の現実の各臓器を食用動物の臓器で代用することにより予め決定された。後者の場合、具体的には、各臓器の耐変形値は、その代用臓器の切片レベルでの引張・圧縮試験を行い、その切片の変形状態を評価することと、その代用臓器全体の臓器レベルでの動的変形試験を行い、その代用臓器の変形状態を評価することとの共同により、予め決定された。
【０２００】
５．人体モデル３０における要素のタイプについて
【０２０１】
人体モデル３０を構成する各要素のタイプは、形状に関し、１次元要素と、２次元要素と、３次元要素とに分類される。
【０２０２】
１次元要素は、長さは有するが太さは有しないとともに、それの長手方向において伸び時にも縮み時にも反力を生じさせるバー要素である。このバー要素は、それの長手方向において引張力も圧縮力も生じさせる要素なのである。
【０２０３】
２次元要素は、面は有するが厚さを有しない要素であり、板要素と膜要素とに分類される。板要素は、それの面内方向において引張力も圧縮力も生じさせる２次元要素である。これに対して、膜要素は、それの面内方向において引張力は生じさせるが圧縮力は生じさせない２次元要素である。
【０２０４】
３次元要素は、ソリッド要素であり、あらゆる方向において引張力も圧縮力も生じさせる。
【０２０５】
人体の各部位を複数の要素に分割してモデル化するに際し、分割する各要素のタイプをいずれに選択するかは、人体モデル３０を用いたシミュレーションの計算時間および計算精度との関係で重要な問題である。
【０２０６】
人体における靭帯は、それの構造の観点から少なくとも２種類に分類される。複数の骨を互いに連結する連結部分以外の部分においてそれら骨とも人体の他の要素、例えば、他の骨、他の靭帯等とも接触しない靭帯、すなわち、単に複数の骨を互いに連結する非接触型靭帯と、上記連結部分以外の部分においてそれら骨または上記他の要素と接触する靭帯、すなわち、連結部分以外の部位に接触領域を有する接触型靭帯とに分類されるのである。
【０２０７】
一方、靭帯をバー要素でモデル化する第１の手法と２次元要素でモデル化する第２の手法とを互いに比較すると、第１の手法には、モデル化を効率よく行い得るという利点があるが、前記接触型靭帯の接触状態を表現することができないという欠点がある。その接触は現実には、靭帯が人体の他の要素に面で接触することによって行われるにもかかわらず、靭帯をバー要素でモデル化する場合には、バー要素が人体モデル３０の他の要素に線で局部的に接触することによって行われることとなり、その結果、その局部的接触によって現実より大きな力がその他の要素に加えられることとなってしまうからである。
【０２０８】
これに対して、第２の手法は、モデル化の効率の点では第１の手法に劣るが、靭帯を表現する２次元要素が人体モデル３０の他の要素に面で接触することになるため、前記接触型靭帯の接触状態を正確に表現することができる。
【０２０９】
靭帯は、それの長手方向において伸び時には反力を生じさせるが縮み時には座屈して反力を生じさせないものである。したがって、靭帯をモデル化する２次元要素は、板要素ではなく、膜要素であることが、靭帯を精度よく再現するために望ましい。
【０２１０】
そこで、本実施形態においては、前記非接触型靭帯はバー要素でモデル化されるのに対し、前記接触型靭帯は膜要素でモデル化されている。このことは、人体の腱をモデル化する際にも当てはまる。
【０２１１】
具体的に説明すれば、例えば、図５に示すように、膝の靭帯においては、内側側副靭帯および外側側副靭帯はそれぞれ、骨同士を互いに連結するとともに、大腿骨等に接触している。この接触状態を表現することは、人体の挙動をシミュレーションする際に重要なことであり、よって、それら内側側副靭帯および外側側副靭帯はそれぞれ、バー要素ではなく、膜要素でモデル化されている。
【０２１２】
また、同図に示すように、前十字靭帯と後十字靭帯とは、相互に接触しているため、内側側副靭帯および外側側副靭帯と同様に、バー要素ではなく、膜要素でモデル化されている。
【０２１３】
これに対し、例えば、胸椎と肋骨との間における肋骨頭関節は、人体の他の要素に接触することはないため、それをまたぐ靭帯は、バー要素でモデル化されており、モデル化作業の高効率化が優先されている。その靭帯は、それの長手方向において引張力しか生じさせない点で、長手方向において引張力も圧縮力も生じさせるバー要素とは異なるが、その肋骨頭関節は、ほとんど動かない関節であり、それの挙動解析に高い精度が要求されない。そのため、本実施形態においては、その肋骨頭関節をまたぐ靭帯がバー要素でモデル化されているのである。
【０２１４】
骨全体は、それの表層が硬い皮質骨を含むように構成される。その皮質骨は、板要素でモデル化することもソリッド要素でモデル化することも可能である。一方、この皮質骨の厚さは、４［ｍｍ］以下である。そして、この皮質骨に厚さが３．５［ｍｍ］より薄い部分が存在するにもかかわらず、この皮質骨をソリッド要素でモデル化した場合には、ソリッド要素の代表長さＬがそれの前記最小値、すなわち、３．５［ｍｍ］より短いソリッド要素が生成されてしまう。前記タイムステップΔｔの最小値を満たす代表長さＬの最小値を満たさないソリッド要素が生成されてしまうのである。
【０２１５】
そこで、本実施形態においては、皮質骨が、ソリッド要素ではなく、板要素でモデル化され、それにより、タイムステップΔｔの最小値が満たされるようになっている。皮質骨が膜要素ではなく板要素でモデル化されているのは、皮質骨は、それの長手方向において伸び時にも縮み時にも反力を生じさせるものであるからである。
【０２１６】
これに対して、本実施形態においては、骨の内部の海綿骨は、ソリッド要素によりモデル化されている。
【０２１７】
６．人体モデル３０におけるソリッド要素の面数について
【０２１８】
人体モデル３０におけるソリッド要素は、それの表面を構成する面の数によって分類される。この面数も、要素のタイプと同様に、人体モデル３０を用いたシミュレーションの計算精度および計算時間に影響を及ぼす。
【０２１９】
ソリッド要素については、形状が四面体である場合、五面体である場合、および六面体である場合が存在する。そして、形状が四面体である場合には、シミュレーションにより計算される応力分布等の精度が不足する傾向があることが知られている。その精度不足を解消するためには、形状が四面体であるソリッド要素を小さくして人体モデル３０の要素数を多くしなければならないが、このようにすると、前記タイムステップΔｔの最小値が満たされなくなる可能性がある。
【０２２０】
これに対して、ソリッド要素の形状が六面体である場合には、シミュレーションによる計算精度を容易に確保し得るとともに、ソリッド要素をあえて小さくせずに済むため、前記タイムステップΔｔの最小値を容易に満たすことが可能となって、シミュレーションによる計算時間の増加を容易に抑制することも可能となる。
【０２２１】
そこで、本実施形態においては、人体全身につき、基本的に、ソリッド要素の形状が六面体となるようにモデル化されている。特に、骨については、四面体であるソリッド要素を一切用いていない。五面体であるソリッド要素は用いている。
【０２２２】
７．人体モデル３０における要素の形状について
【０２２３】
人体モデル３０における要素が２次元要素またはソリッド要素である場合には、その要素に平面的または立体的な形状が存在する。この形状も、要素の面数およびタイプと同様に、人体モデル３０を用いたシミュレーションの計算精度および計算時間に影響を及ぼす。
【０２２４】
例えば、六面体であるソリッド要素については、それの立体形状が立方体に近いほど、人体モデル３０を用いたシミュレーションの計算精度および計算時間が改善される。また、四角形である２次元要素については、それの平面形状が正方形に近いほど、人体モデル３０を用いたシミュレーションの計算精度および計算時間が改善される。
【０２２５】
そこで、本実施形態においては、人体が複数の要素に、六面体であるソリッド要素についてはそれの立体形状ができる限り立方体に近づき、四角形である２次元要素についてはそれの平面形状ができる限り正方形に近づくように分割されることにより、人体モデル３０が作成されている。
【０２２６】
８．人体モデル３０における要素の分割手法について
【０２２７】
人体モデル３０を作成する際、一般に、人体において他の部位から物理的に独立した独立部位に注目するとともに、その独立部位の全体を複数の要素に分割する。しかし、この一般的な分割手法によると、シミュレーションによる計算精度の観点やタイムステップΔｔの実際値の観点から適当でない要素が存在する場合がある。そのような場合とは、その独立部位の形状が複雑で、位置によって形状が大きく変化する場合である。
【０２２８】
例えば、骨盤において外側に張り出している寛骨の一部である腸骨は、上部と下部とにおいて約９０度大きくねじれている。また、寛骨は、複雑な形状を有して物理的に一体を成しているが、解剖学上、腸骨と坐骨と恥骨とに分割される。それら腸骨と坐骨と恥骨とは、相互にねじれている。そのため、その寛骨の全体を複数の要素に分割したのでは、寛骨につき、シミュレーションによる良好な計算精度および計算時間を実現することができない。
【０２２９】
そこで、本実施形態においては、人体のうち、物理的に独立した独立部位がそれの位置によって形状が大きく変化する場合には、まず、その独立部位がいくつかの分割面により複数の小部位に、各小部位については位置によって形状ができる限り変化しないように分割される。次に、そのようにして分割された各小部位ごとに、他の小部位から独立して、複数の要素に分割される。その結果、各小部位ごと、それを構成する複数の要素から成る１つの要素群が生成されることになる。その後、同じ部位から分割された複数の小部位についての複数の要素群が、上記分割面において互いに接合される。
【０２３０】
ところで、同じ部位の各小部位ごとに互いに独立して要素分割が行われる結果、上記分割面上においては、本体であれば互いに一致すべき２個の節点が互いに一致しないことがあり得る。それら２個の節点は、その分割面を境界として互いに隣接した複数の小部位に属する。
【０２３１】
本実施形態においては、例えば、図１０に示すように、腸骨５０が分割面５２により上側小部位５４と下側小部位５６とに分割された後、各小部位５４，５６ごとに要素分割が互いに独立して行われた。各小部位５４，５６については、個々の形状上の特徴を考慮して要素分割が行われたため、その分割面５２において互いに接する複数の要素が、その分割面５２上においてすべての節点を共有するわけではない。
【０２３２】
また、同図に示すように、腸骨５０（または下側小部位５６）と坐骨５８とが分割面６２により互いに分割された後、それら腸骨５０（または下側小部位５６）と坐骨５８とについてそれぞれ、互いに独立して要素分割が行われた。そのため、分割面６０上においては、それら腸骨５０（または下側小部位５６）と坐骨５８とによって共有されない節点が存在する。
【０２３３】
上述の分割面５２，６２はいずれも、現実には存在せず、要素分割を最適化するために導入されたものである。その結果、各分割面５２，６２を境界にして互いに接する複数の要素により共有されない節点が、前述の一般的分割手法を採用した場合には存在しないにもかかわらず、存在してしまう。それにもかかわらず、このようにして作成された人体モデル３０を用いてシミュレーションにより人体各部位の応力解析を行うと、分割面の導入に起因した要素の不連続性が原因で、その解析精度が低下してしまう。
【０２３４】
そこで、本実施形態においては、その要素不連続性という問題による影響が、シミュレーション解析結果に現れることが抑制されるように、本来であれば複数の要素によって共有される複数の節点については、各要素に力または強制変位が加えられても、相対位置関係が変化しないように、シミュレーション解析の初期条件が設定された。
【０２３５】
したがって、本実施形態によれば、要素の不連続性に起因した解析精度低下を抑制しつつ、要素形状の最適化を図り得る。
【０２３６】
なお付言すれば、位置によって形状が大きく変化する部位は他にも存在し、例えば、下肢を覆う軟組織（皮膚および肉）である。本実施形態においては、その軟組織が、大腿骨に対応する小部位と、膝に対応する小部位とに分割された後、各小部位ごとに要素分割が行われ、その後、要素の不連続性に起因した解析精度低下が抑制されるように、シミュレーション解析の初期条件が設定された。
【０２３７】
９．人体モデル３０における要素の取付手法について
【０２３８】
人体の筋肉、腱または靭帯である結合組織として、関節をまたぐとともに、両端において、互いに折れ曲がり可能な２本の骨にそれぞれ取り付けられ、それにより、それら２本の骨を互いに連結し、かつ、両端以外の部位において、それら２本の骨のいずれかに取り付けられる形式の結合組織が存在する。
【０２３９】
そのような結合組織の一例は、膝関節をまたぐとともに、下肢において踵骨から延びるアキレス腱とそれから延びる下腿三頭筋肉との複合体である。その下腿三頭筋肉は、アキレス腱と結合する端部とは反対側の端部において、脛骨の近位端の近傍（膝側）と大腿骨の遠位端の近傍（膝側）とに取り付けられている。
【０２４０】
このような結合組織を１本のバー要素でモデル化するに際し、その結合組織のうち、その結合組織により互いに連結される２本の骨との２個の主要取付点は考慮するが、残りの取付点は考慮しないで、バー要素を構成することが考えられる。この場合、バー要素は、それら２個の主要取付点の間を真直ぐな経路で延びるように構成されることになる。
【０２４１】
しかし、その結合組織によって互いに連結される２本の骨の成す角度が大きく変化するように人体が動くことが予定されている場合には、その角度の変化の前後で、その結合組織がモデル化されたバー要素が通過する経路が大きく変化する。
【０２４２】
例えば、そのような結合組織が、上述のアキレス腱と下腿三頭筋肉との複合体である場合であって、その複合体がバー要素６６によりモデル化される場合には、膝が伸ばされている状態では、図１１に示すように、そのバー要素６６が大腿骨６８と脛骨７０とに沿ってほぼ真直ぐに延びるのに対し、膝が折られている状態では、図１２に示すように、それら大腿骨６８と脛骨７０とから離れた経路に沿って延びることになる。その結果、バー要素６６の長さが、膝が伸ばされている状態と、折られている状態で大きく異なる。
【０２４３】
このような長さの違いは、バー要素６６が現実の上記複合体の運動特性を正確に表現することに対して障害となる。このことを具体的に説明すれば、例えば、バー要素６６に弾性限度があるため、膝が伸ばされている状態でバー要素６６が弾性限度を超えないようにそのバー要素６６を設定したとすると、膝が折られている状態で、バー要素６６に、現実には存在しない弛みが発生してしまう。これに対して、膝が折られている状態でバー要素６６が弾性限度を超えないようにそのバー要素６６を設定したとすると、膝が伸ばされている状態で、バー要素６６に、現実には存在しない強い伸びが発生してしまう。
【０２４４】
したがって、バー要素６６の経路は、膝が伸ばされている状態であるか折られている状態であるかを問わず、図１３および図１４に示すように、大腿骨６８と脛骨７０とに沿って延びるようにすることが、上記複合体の運動特性を正確に表現するために望ましい。
【０２４５】
しかし、バー要素６６の経路を最適化するのみでは不十分である。例えば、経路の最適化は、上記複合体を、踵骨７２との取付点（下端取付点ＬＡＰ）と、大腿骨６８との取付点（上端取付点ＵＡＰ）と、脛骨７０との取付点（中間取付点ＭＡＰ）とにおいてそれぞれ、それら踵骨７２と大腿骨６８と脛骨７０とに固着させることによって実現可能である。しかし、このように複合体を踵骨７２と大腿骨６８と脛骨７０とに固着させたのでは、複合体と、踵骨７２と大腿骨６８と脛骨７０とのそれぞれとの間における力の伝達特性が現実のものとは異なってしまう。複合体と脛骨７０との現実の取付は、それらの長手方向における相対変位は許容する一方で、複合体が脛骨７０から遠ざかる方向における相対変位を抑制するように行われているからである。
【０２４６】
そこで、本実施形態においては、バー要素６６が、下端取付点ＬＡＰと上端取付点ＵＡＰとにおいては、踵骨７２と大腿骨６８とに固着されるが、中間取付点ＭＡＰにおいては、脛骨７０からの離間が阻止される一方で、その脛骨７０に沿った方向における相対変位が適切な変位抵抗のもとに許容されるようにされている。
【０２４７】
図１５および図１６には、バー要素６６の、中間取付点ＭＡＰにおける脛骨７０との取付結合が、理解を容易にするため、比喩的に滑車とロープとの組合せを用いることにより、示されている。バー要素６６はロープとして、そのバー要素６６と脛骨７０との取付は回転抵抗を有する滑車としてそれぞれ比喩的に表現されているのである。
【０２４８】
したがって、本実施形態においては、バー要素６６の経路は、膝が曲げられている状態であっても、大腿骨６８と脛骨７０とに沿って延びるように規定されると同時に、バー要素６６と脛骨７０との間における力の伝達が、バー要素６６が脛骨７０に、その脛骨７０の延びる方向には力を伝達しないように実現される。その結果、バー要素６６の経路と、力の伝達とが、現実の人体を精度よく再現することとなる。
【０２４９】
図１７、図１８および図１９には、人体モデル３０の下肢が皮膚と筋肉とを省略した状態で、側面図と背面図と拡大された部分斜視図とによりそれぞれ示されている。
【０２５０】
前記制御用コンピュータシステム１６（以下、説明の便宜上、「制御用コンピュータ」という。）は、図１に示すように、シミュレーション用コンピュータ１２と設計支援コンピュータ１４とに接続されている。この制御用コンピュータ１６も設計者により使用される。具体的には、設計者が設計支援コンピュータ１４により、車両の複数の構成要素のうち、その構造が、車両に外部から衝撃が加わった時に乗員の各部位に生ずる変形の程度に影響を及ぼすものを設計する際に使用される。この使用により、設計者は、ある条件で車両に外部から衝撃が加わった時に予想される乗員の挙動および変形の程度を考慮しつつ、車両の、外部からの衝撃に対する安全性の高い車両を設計することが支援される。
【０２５１】
この制御用コンピュータ１６は、それの記憶装置３６が読込みを行う記録媒体３８において人体耐性情報を記憶している。人体耐性情報は、人体の各部位ごとに、各部位に前記超過変形が発生する可能性（以下、単に「変形発生可能性」という。）があるかどうかを判断するための情報である。記録媒体３８は、具体的には、各部位に関連付けて、各部位に超過変形が発生するときに各部位が受ける荷重、たわみ等の変形状態量の大きさを閾値として記憶している。また、記録媒体３８は、その人体耐性情報を、チャート化された耐性表という形態や、データベースという形態で記憶している。
【０２５２】
前述のように、本実施形態においては、シミュレーション用コンピュータ１２によっても人体の各部位に変形発生可能性があるかどうかが判断される。しかし、制御用コンピュータ１６によって行われる判断は、各部位の変形状態量の解析結果と閾値との対比による絶対的な判断である点で、相対的な判断であるシミュレーション用コンピュータ１２による判断とは異なる。本実施形態においては、相対的判断によって変形発生可能性ありと判断された部位についてのみ、続いて絶対的判断が行われ、それら２種類の判断において共に、変形発生可能性があると判断された部位のみが最終的に変形発生部位とされるのである。このような意味において、シミュレーション用コンピュータ１２から出力される変形発生部位に関する情報は、暫定的なものなのである。
【０２５３】
図２０には、前記解析・応用システム１０において実行される一連の手続きがフローチャートで示されている。
【０２５４】
まず、ステップＳ１において、設計者は、設計支援コンピュータ１４を用いることにより、車両に関して初期設計を行う。
【０２５５】
次に、ステップＳ２において、設計者は、制御用コンピュータ１６を介してシミュレーション用コンピュータ１２に、初期設計の評価のためにシミュレーションプログラムを実行させる指令を送信する。この際、そのシミュレーションプログラムによる実行結果が初期設計の内容を反映したものとなるようにするため、設計者は、使用することを希望する人体モデル３０を特定するのに必要な情報と、初期設計の所産である設計対象物を表す設計情報とを制御用コンピュータ１６に入力するとともに、車両の解析を行う際の乗員環境である解析条件すなわち計算条件を設定する。解析条件は例えば、車両に外力を加えることを想定された障害物の力学的特徴や、車両が障害物に接触する際の車両および乗員の速度である。すなわち、本実施形態においては、解析条件が「予め設定されたシミュレーション解析条件」の一例なのである。
【０２５６】
続いて、ステップＳ３において、シミュレーション用コンピュータ１２が、設計者により設定された計算条件を受信し、その後、その計算条件下で数値計算を行う。シミュレーション用コンピュータ１２は、前述の全身人体モデル３０を用い、かつ、有限要素法により、乗員の各部位に発生すると予想される変形状態量と挙動とを計算する。シミュレーション用コンピュータ１２は、さらに、その計算結果に基づき、変形発生部位を暫定的に決定する。
【０２５７】
その後、ステップＳ４において、制御用コンピュータ１６が、シミュレーション用コンピュータ１２からそれの計算結果を受信する。制御用コンピュータ１６は、続いて、その受信した計算結果と、前述の耐性表やデータベースとして記憶されている人体耐性情報とを対比し、暫定的に判断された変形発生部位に本当に変形発生可能性があるかどうかを判断する。
【０２５８】
暫定的に判断された変形発生部位に本当には変形発生可能性がない場合には、ステップＳ４の判定がＹＥＳとなり、以上でこの一連の手続きの一回の実行が終了する。これに対して、暫定的に判断された変形発生部位に本当に変形発生可能性がある場合には、ステップＳ４の判定がＮＯとなり、ステップＳ５に移行する。
【０２５９】
このステップＳ５においては、制御用コンピュータ１６が、本当に変形発生可能性があると判断された変形発生部位につき、前記記録媒体３８に記録されている関係に従い、超過変形発生低減のために設計パラメータを変更するための指針を設計者に対して提示する。記録媒体３８に記録されている関係は、人体の各部位と、変更すべき設計パラメータの種類と、その設計パラメータを変更する向きとの関係である。また、設計パラメータは、車両の複数の構成要素のうち、構造が、車両が外部から衝撃を受けた時に乗員の各部位に生ずる変形の程度に影響を及ぼすものの各々につき、少なくとも１個ずつ用意されている。
【０２６０】
その後、ステップＳ６において、設計者は、制御用コンピュータ１６から提示された指針を勘案して、再度設計を行う。この新たな設計の内容の評価は、ステップＳ２ないしＳ４において実行される。
【０２６１】
ステップＳ２ないしＳ６の実行が繰り返されるうちに、ステップＳ４において、乗員のいずれの部位についても、発生すると予想される変形が基準を満たしていると判断されれば、一連の設計が終了する。
【０２６２】
次に、本発明の第２実施形態である人体挙動解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０２６３】
図２１には、この人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システム（以下、単に「解析・応用システム」という。）１００が示されている。この解析・応用システム１００は、コンピュータ１０２に入力装置１０４と出力装置１０６とが接続されることによって構成されている。
【０２６４】
コンピュータ１０２は、よく知られているように、プロセシング・ユニット（同図においては「ＰＵ」で表す。）１１０とストレージ１１２とがバス１１４により互いに接続されることによって構成されている。ストレージ１１２は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，磁気ディスク，光ディスク等の記録媒体を含むように構成される。このストレージ１１２には、有限要素モデルである前記人体モデル３０を定義するためのデータと、その人体モデル３０を用いて人体全身につき、それの各部位の挙動と応力とを解析するＦＥＭ解析プログラムとが予め記憶されている。
【０２６５】
入力装置１０４は、ポインティング・デバイスとしてのマウスおよびキーボードを備えている。出力装置１０６は、画像を画面上に表示する。ユーザは、必要なデータを入力装置１０４を介してコンピュータ１０２に入力する。その入力に応答し、コンピュータ１０２によるデータ処理結果が出力装置１０６を介してユーザに可視化して提示される。
【０２６６】
人間が加減速させられる環境の一例は、加減速させられる自動車に人間が乗車している環境である。別の例は、遊園地などの遊戯施設に設置された遊戯装置によって人間にスリルを感じさせるためにその人間が意図的に加減速させられる環境である。そのような遊戯装置の一例は、遊園地に設置された、上下左右に曲りくねったレールに沿って滑走させられる車であるジェットコースタである。
【０２６７】
この種の遊戯装置においては、人間に与える加減速度を増すほど人間が感じ得るスリルの程度も増すが、その一方で、その加減速が人間の各部位に物理的に与える影響も増す。そのため、遊戯装置による加減速が人間の各部位に物理的に与える影響を評価することが重要となる。特に、遊戯装置がジェットコースタである場合には、遊戯中に人間の頭部が前後または左右に加減速させられるため、人間の複数の部位のうち特に頸部に与えられる影響を評価することが重要である。
【０２６８】
このような事情を背景として、本実施形態においては、ストレージ１１２にさらに、図２１に示すように、遊戯装置開発・評価プログラムも予め記憶されている。この遊戯装置開発・評価プログラムは、人体モデル３０と前記ＦＥＭ解析プログラムとを用いることにより、遊戯装置による遊戯中に人間に物理的な悪影響を与えないように遊戯装置を開発することを支援したり、自らまたは他人が開発した遊戯装置が遊戯中に人間に与えることが予想される物理的な悪影響をシミュレーションによって解析して評価することを支援するためのプログラムである。
【０２６９】
図２２には、解析・評価の対象がジェットコースタである場合を例にとり、人体モデル３０とジェットコースタとの関係が、人体モデル３０がジェットコースタの座席に着座させられるとともに人体モデル３０がそれの両足部においてジェットコースタのフロア前部に支持されている状態で示されている。同図において矢印は、ジェットコースタに生ずる加速度を示している。図２３には、ジェットコースタの加速時に人体モデル３０の頸部に生ずる変形挙動が示されている。図２４には、その変形が生じている頸部が拡大して示されている。同図には、変形が生じている頸部椎間板がハッチングを付して示されており、その変形状態から頸部椎間板の応力分布が分かる。
【０２７０】
図２５には、前記遊戯装置開発・評価プログラムの内容が概念的にフローチャートで表されている。
【０２７１】
この遊戯装置開発・評価プログラムにおいては、まず、ステップＳ２０１において、今回の解析・評価の対象である遊戯装置を記述する遊戯装置モデルがコンピュータ１０２に入力される。遊戯装置モデルには、例えば、人間が着座するための座席を記述する座席モデルや、人間が両足を乗せるためのフロアを記述するフロアモデルが含まれる。
【０２７２】
次に、ステップＳ２０２において、遊戯装置の加減速時に人間に生じる力、加減速度等、加減速条件がコンピュータ１０２に入力される。
【０２７３】
続いて、ステップＳ２０３において、前記入力された遊戯装置モデルに人体モデル３０が組み合わされる。これにより、人体モデル３０が遊戯装置モデルに標準的な姿勢で着座させられる。
【０２７４】
その後、ステップＳ２０４において、前記入力された加減速条件のもと、人体モデル３０に対して前記ＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、遊戯装置の加減速時に人間の各部位に生じる変形挙動がシミュレーションによって解析される。
【０２７５】
続いて、ステップＳ２０５において、そのシミュレーション解析結果に基づき、今回の遊戯装置の性能、すなわち、遊戯中に人間に与える影響が評価される。例えば、遊戯装置による加減速時に人間の頸部の複数の椎間板のいずれにも許容値以上の応力が発生しないか否かが判定され、発生しない場合には、今回の遊戯装置の性能が基準を上回っていると判定される。
【０２７６】
今回の遊戯装置の性能が基準を満たさないと判定された場合には、その後、今回の遊戯装置の開発者により、今回の遊戯装置による加減速度の限界値が修正されるか、今回の遊戯装置の構造が最適化されるように設計変更される。
【０２７７】
以上で、この遊戯装置開発・評価プログラムの１回の実行が終了する。
【０２７８】
次に、本発明の第３実施形態である人体挙動解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０２７９】
図２６には、この人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システム（以下、単に「解析・応用システム」という。）１５０が示されている。この解析・応用システム１５０は、第２実施形態における解析・応用システム１００と同様に、コンピュータ１５２に入力装置１５４と出力装置１５６とが接続されることによって構成されている。このコンピュータ１５２は、第２実施形態におけるコンピュータ１０２と同様に、ＰＵ１６０とストレージ１６２とがバス１６４により互いに接続されることによって構成されている。
【０２８０】
そのストレージ１６２には、第２実施形態におけると同様に、人体モデル３０を定義するためのデータと、その人体モデル３０を用いて人体の挙動を解析するＦＥＭ解析プログラムとが予め記憶されている。
【０２８１】
このストレージ１６２には、さらに、人体モデル３０とは別の方式で人体を近似的に表現するモデルとして、単純な複数の要素が単純な複数の関節により互いに連結された機構モデル（すなわち、関節モデル）を定義するためのデータも予め記憶されている。機構モデルの一例が図２７に示されている。ストレージ１６２には、さらに、この機構モデルを用いて人体全身の挙動を解析する機構解析プログラムも予め記憶されている。
【０２８２】
ここで、人体モデル３０およびＦＥＭ解析プログラムによるＦＥＭ解析手法と、機構モデルおよび機構解析プログラムによる機構解析手法とを互いに比較する。ＦＥＭ解析手法は、人体全身の挙動と、人体に外部から力または強制的な変位が与えられることに対してその人体の各部位が示す物理的な応答とを忠実に再現できることを利点とするが、コンピュータ１５２による計算に長時間が必要である。これに対して、機構解析手法は、機構モデルのデータ量が少ないため、人体全身の挙動をコンピュータ１５２により短時間で解析できることを利点とするが、上述の、人体の各部位が示す物理的な応答を忠実に再現することは不可能である。このように、それらＦＥＭ解析手法と機構解析手法とは、一方の利点を他方の欠点とする関係、すなわち、相互に補完し得る関係にあるのである。
【０２８３】
人間が物体に衝突した結果、その人間に外部から衝撃が加わったためにその人間の各部位に生ずる応答や負荷をシミュレーションによって正しく解析するために、人間が物体に衝突する直前におけるその人間の各部位における挙動を正しく解析することが重要である場合がある。
【０２８４】
人体モデル３０は、人間と物体との衝突の前後を問わず、人間全身の挙動をシミュレーションによって精度よく解析することが可能であるが、前述のように、コンピュータ１５２への負荷が大きいために長い計算時間を必要とする。
【０２８５】
これに対し、前記機構モデルは、人間の各部位が示す物理的な応答を忠実に再現することは不可能であるが、人間が物体に衝突する前の現象を問題にするために、人間の各部位が示す物理的な応答が重要でない条件のもとでは、人間全身の挙動を正しくかつ短時間でシミュレーションによって解析することが可能である
。
【０２８６】
一方、人間が物体に衝突した結果、その人間に外部から衝撃が加わってその人間の各部位に応答や負荷が生ずる環境の一例に、運動中に人間が偶然に物体に衝突する環境がある。具体的には、例えば、スポーツとしてサッカーを行っている人間が物体としてのゴールポストに偶然に衝突する環境がある。この環境においては、人間の複数の部位のうち、例えば、頭部がゴールポストに衝突した際にその頭部が受ける傷害の程度をシミュレーションによって解析したり、その傷害の程度を軽減するためにゴールポストに緩衝材が装着されている場合にその緩衝材の緩衝能力を評価したり、その緩衝能力が向上するように緩衝材の材質や構造を改良することが必要となる。
【０２８７】
それらの事情を背景とし、本実施形態においては、ストレージ１６２にさらに、図２６に示すように、衝突傷害解析プログラムも予め記憶されている。この衝突傷害解析プログラムは、人体モデル３０およびＦＥＭ解析プログラムによるＦＥＭ解析方式と、機構モデルおよび機構解析プログラムによる機構解析方式とを併用したハイブリッド方式により、人間が物体に衝突した結果、その人間に外部から衝撃が加わってその人間の各部位に生ずる応答や負荷をシミュレーションによって解析するためのプログラムである。
【０２８８】
図２７には、解析の対象が、サッカー場に設置されるゴールポストである場合を例にとり、人間がゴールポストに衝突する前におけるその人間の姿勢が機構モデルを用いて示されている。そして、図２８には、人間がゴールポストに衝突したことによってその人間の頭部に生ずることが予想される傷害の程度が人体モデル３０を用いて示されている。頭部傷害の程度は例えば、頭部に骨折が生じたか否かによって表現され得る。
【０２８９】
図２９には、前記衝突傷害解析プログラムの内容が概念的にフローチャートで表されている。
【０２９０】
この衝突傷害解析プログラムにおいては、まず、ステップＳ３０１において、人間が衝突することを想定された物体を記述する物体モデルがコンピュータ１５２に入力される。
【０２９１】
次に、ステップＳ３０２において、人間を物体に衝突させるための物理的条件がコンピュータ１５２に入力される。その物理的条件には、例えば、人間が物体に衝突する前においてその人間に生じさせられる移動速度がある。
【０２９２】
続いて、ステップＳ３０３において、その入力された物理的条件のもと、前記機構モデルに対して機構解析プログラムが実行されることにより、人間が物体に衝突する前におけるその人間の姿勢すなわち衝突前姿勢とその人間の運動を記述する物理量とがシミュレーションによって解析される。その物理量には、例えば、人間の各部位の速度および加速度がある。
【０２９３】
その後、ステップＳ３０４において、それら解析された衝突前姿勢と物理量とに基づき、人体モデル３０に対して前記ＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、人間が物体に衝突する瞬間におけるその人間の姿勢および運動状態が解析され、それが衝突条件として決定される。
【０２９４】
続いて、ステップＳ３０５において、その決定された衝突条件のもと、人体モデル３０に対してＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、人間が物体に衝突したときにその人間の各部位に生ずる傷害の程度がシミュレーションによって解析される。図２８においては、人間の頭部が物体に衝突することによってその頭部が骨折する様子が示されている。頭部が骨折するか否かは、例えば、頭部が物体に衝突したときにその頭部に生ずる応力が限度を超えたか否かによって判定される。
【０２９５】
以上で、この衝突傷害解析プログラムの１回の実行が終了する。
【０２９６】
この衝突傷害解析プログラムの実行により得られるシミュレーション解析結果は、人間との衝突が想定される物体に装着される緩衝材の性能を評価したり、その緩衝材の装着位置を最適化したり、その緩衝材の構造を最適化する際に有用である。
【０２９７】
次に、本発明の第４実施形態である人体挙動解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０２９８】
この人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムは、第３実施形態における解析・応用システム１５０と基本的な構成が共通するため、詳細な説明を省略する。
【０２９９】
前述のように、人間が物体に衝突した結果、その人間に外部から衝撃が加わってその人間の各部位に応答や負荷が生ずる環境の一例に、運動中に人間が偶然に物体に衝突する環境があり、第３実施形態においては、運動中に人間が偶然に物体に衝突したときにその人間の各部位に生ずる応答がシミュレーションによって解析される。
【０３００】
これに対して、本実施形態においては、別の環境として、人間が突然転倒して地面や床に衝突する環境に注目されている。人間が突然転倒する理由については十分に解明されているとはいえないようであるが、特に高齢者にあっては、突然の転倒によって腰部（大腿部を含む）を骨折する事例がよく報告されている。その骨折を予防するために人間に保護具を装着することが考えられるが、その保護具を装着する部位やその保護具の構造を最適化するためには、人間が何らかの理由によって転倒して地面等に衝突する際にその人間に傷害が生ずる部位やその傷害の程度を解析することが重要となる。
【０３０１】
このような知見に基づき、本実施形態においては、前記解析・応用システムにおけるコンピュータのストレージにさらに、転倒解析プログラムも予め記憶されている。この転倒解析プログラムは、前記ハイブリッド方式により、人間が転倒して地面等に衝突した結果、その人間に外部から衝撃が加わってその人間の各部位に生ずる応答や負荷をシミュレーションによって解析するためのプログラムである。
【０３０２】
図３０には、その転倒解析プログラムの内容が概念的にフローチャートで表されている。
【０３０３】
この転倒解析プログラムにおいては、まず、ステップＳ４０１において、人間が転倒することを想定された床を記述する床モデルがコンピュータに入力される。
【０３０４】
次に、ステップＳ４０２において、人間を転倒させるための物理的条件がコンピュータに入力される。その物理的条件には、例えば、人間の複数の部位のうち、その人間を転倒させるために動きを強制的に拘束することが適当である部位がある。
【０３０５】
続いて、ステップＳ４０３において、その入力された物理的条件のもと、前記機構モデルに対して機構解析プログラムが実行されることにより、人間が転倒して床に衝突する前におけるその人間の姿勢すなわち衝突前姿勢とその人間の運動を記述する物理量とがシミュレーションによって解析される。その物理量には、例えば、人間の各部位の速度および加速度がある。図３１には、機構モデルを用いることにより、人間が転倒する姿勢が示されている。
【０３０６】
その後、ステップＳ４０４において、それら解析された衝突前姿勢と物理量とに基づき、かつ、人体モデル３０に対して前記ＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、人間が床に衝突する瞬間におけるその人間の姿勢および運動状態が解析され、それが転倒条件として決定される。
【０３０７】
続いて、ステップＳ４０５において、その決定された転倒条件のもと、人体モデル３０に対してＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、人間が転倒したときにその人間の各部位に生ずる傷害の程度がシミュレーションによって解析される。図３２には、人体モデル３０を用いることにより、人間が転倒したことによってその人間の大腿骨に骨折という傷害が発生した様子が示されている。骨折するか否かは、例えば、人間の各部位が床に衝突したときにその各部位に生ずる応力が限度を超えたか否かによって判定される。
【０３０８】
以上で、この転倒解析プログラムの１回の実行が終了する。
【０３０９】
この転倒解析プログラムの実行により得られるシミュレーション解析結果は、人間に保護具を装着する場合におけるその保護具の性能を評価したり、その保護具の装着位置を最適化したり、その保護具の構造を最適化する際に有用である。
【０３１０】
次に、本発明の第５実施形態である人体挙動解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０３１１】
この人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムは、第３実施形態における解析・応用システム１５０と基本的な構成が共通するため、詳細な説明を省略する。
【０３１２】
前述のように、人間が物体に衝突した結果、その人間に外部から衝撃が加わってその人間の各部位に応答や負荷が生ずる環境の一例に、運動中に人間が偶然に物体に衝突する環境があり、第３実施形態においては、運動中に人間が偶然に物体に衝突したときにその人間の各部位に生ずる応答がシミュレーションによって解析される。
【０３１３】
これに対して、本実施形態においては、別の環境として、人間が歩いている最中や走っている最中にその人間の足が着地する際にその足が地面や床に衝突する環境に着目されている。足の着地時には、足に衝撃が加えられるが、靴を履いている場合には、その靴の衝撃吸収能力によって足の衝撃が緩和される。足の衝撃を効果的に緩和するには、靴の構造、例えば、靴底に衝撃吸収材を装着するとともにその衝撃吸収材による衝撃吸収能力を最適化することが重要である。そして、その最適化には、歩行時または走行時に着地した足および靴に生ずる応力を解析することが重要となる。
【０３１４】
このような知見に基づき、本実施形態においては、前記解析・応用システムにおけるコンピュータのストレージにさらに、着地応力解析プログラムも予め記憶されている。この着地応力解析プログラムは、前記ハイブリッド方式により、歩行時または走行時に人間が足および靴で着地してそれら足および靴が地面等に衝突した結果、それら足および靴に外部から衝撃が加わってそれら足および靴に生ずる応力の分布をシミュレーションによって解析するためのプログラムである。
【０３１５】
図３３には、この着地応力解析プログラムの内容が概念的にフローチャートで表されている。
【０３１６】
この着地応力解析プログラムにおいては、まず、ステップＳ５０１において、人間の足が着地することを想定された床を記述する床モデルがコンピュータに入力される。
【０３１７】
次に、ステップＳ５０２において、人間を歩かせるかまたは走らせるための物理的条件がコンピュータに入力される。その物理的条件には、例えば、人間の重心点における運動速度がある。
【０３１８】
続いて、ステップＳ５０３において、その入力された物理的条件のもと、前記機構モデルに対して機構解析プログラムが実行されることにより、人間が歩行するかまたは走行する際の人間全身の挙動がシミュレーションによって解析される。
【０３１９】
その後、ステップＳ５０４において、その解析された挙動に基づき、かつ、人体モデル３０に対して前記ＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、人間が足および靴で着地する瞬間の姿勢および運動状態が解析され、それが着地条件として決定される。この着地条件には、例えば、人体モデル３０の足が床モデルに着地する瞬間の足部の姿勢や、速度または加速度がある。
【０３２０】
続いて、ステップＳ５０５において、その決定された着地条件のもと、人体モデル３０に対してＦＥＭ解析プログラムが実行されることにより、人間が足および靴で着地したときにそれら足および靴に生ずる応力分布がシミュレーションによって解析される。
【０３２１】
以上で、この着地応力解析プログラムの１回の実行が終了する。
【０３２２】
図３４には、人体モデル３０が足および靴で着地する前におけるその人体モデル３０が、足を含む下肢部とその足に履かされた靴とに関して取り出して示されている。
【０３２３】
図３５には、人体モデル３０が走っている際にその人体モデル３０の下肢骨に生ずる応力分布の解析結果が示されている。同図においては、下肢に加えられる加速度の向きが矢印で示されている。また、同図においては、描かれているドットの密度が高いほど大きな応力が生じていることが示されている。
【０３２４】
図３６には、人体モデル３０が走っている際にその人体モデル３０の足に履かされている靴の底に生ずる応力分布の解析結果が示されている。同図においても、図３５におけると同様に、描かれているドットの密度が高いほど大きな応力が生じていることが示されている。
【０３２５】
この着地応力解析プログラムの実行により得られるシミュレーション解析結果は、靴底に衝撃吸収材を装着する場合におけるその衝撃吸収材の配置を最適化したり、その衝撃吸収材の構造を最適化する際に有用である。
【０３２６】
前述のように、以上説明したいくつかの実施形態のいずれにおいても、人体モデル３０は、人間の全身をそれの骨、皮膚、靭帯および腱に関して詳細に表現している。ここで、この人体モデル３０における骨の再現についてさらに詳しく説明する。
【０３２７】
この人体モデル３０の関節部は、主要な靭帯と、骨同士の接触とをそれぞれ再現することにより、現実の人間における関節動作を解剖学的に正確に表現している。したがって、人体モデル３０の姿勢を変更するために、コンピュータ上でＦＥＭ解析プログラムを実行することによって関節部を曲げても、その関節部における複数の骨間の相対位置関係は、解剖学的に正しいものに維持される。
【０３２８】
図３７には、人体モデル３０の下肢部が、それの膝関節部が曲げられている屈曲状態から、伸ばされている伸長状態に変更される様子が示されている。同図は、その膝関節部における複数の骨の相対位置関係が、屈曲状態においても伸長状態において解剖学的に正しいことを示している。
【０３２９】
さらに、この人体モデル３０は、コンピュータ上において、ある姿勢において、その人体モデル３０に外部から力や強制的な変位が与えられると、別の姿勢に変更される。例えば、図３８に示すように、人体モデル３０に特定の条件が与えられると、人体モデル３０が、座り姿勢を保ったまま、その人体モデル３０の肘がかなり曲がっている状態からやや曲がっている状態に変更される。この例においては、それら２つの状態の間において人体モデル３０の姿勢が変更される程度が小さい。したがって、この人体モデル３０を用いる場合には、その姿勢変更を実現するため、人体モデル３０が分割される複数の要素を再分割すること、すなわち、メッシュの切り直しを行うことが省略可能となる。なぜなら、前述のように、人体モデル３０の関節部は、現実の人間における関節動作を解剖学的に正確に表現しているからである。
【０３３０】
図３９には、人体モデル３０の姿勢を大きく変更する例が示されている。この例においては、人体モデル３０が座り姿勢から立ち姿勢に変更される。例えば、人体モデル３０の膝関節部については、膝が曲げられている状態から伸びている状態に変更されることとなる。この例においては、前述のように、人体モデル３０の関節部は、現実の人間における関節動作を解剖学的に正確に表現しているため、その姿勢変更を実現するために人体モデル３０の膝関節部の骨についてメッシュの切り直しを行うことは、姿勢変更の程度が小さい場合と同様に、省略可能である。これに対して、膝関節部の軟組織（例えば、皮膚、脂肪、肉等）については、メッシュの切り直しを行うことが必要となる場合がある。しかし、この場合であっても、膝関節部の全体についてメッシュの切り直しを行うことから回避し得る。
【０３３１】
以上の説明から明らかなように、人体モデル３０の関節部は、現実の人間における関節動作を解剖学的に正確に表現しているため、この人体モデル３０を用いれば、現実の人間の姿勢変更を大きな手間をかけずに精度よく再現し得ることとなる。
【０３３２】
さらに、この人体モデル３０によれば、現実の人間の姿勢と、その人間を構成する骨の相対位置との関係を精度よく再現し得る。したがって、この人体モデル３０によれば、現実の人間がとるべき姿勢から、その姿勢をとるときに現実の人間において実現される骨の相対位置を精度よく予想することが可能となる。この予想の結果は、人体を表現するモデルであって、人体モデル３０以外のものにおいて利用することが可能である。
【０３３３】
次に、本発明の第６実施形態である人体挙動解析方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０３３４】
図４０には、この人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システム（以下、単に「解析・応用システム」という。）２００が示されている。この解析・応用システム２００は、第２実施形態における解析・応用システム１００と同様に、コンピュータ２０２に入力装置２０４と出力装置２０６とが接続されることによって構成されている。このコンピュータ２０２は、第２実施形態におけるコンピュータ１０２と同様に、ＰＵ２１０とストレージ２１２とがバス２１４により互いに接続されることによって構成されている。
【０３３５】
そのストレージ２１２には、第２実施形態におけると同様に、人体モデル３０を用いて人体の挙動を解析するＦＥＭ解析プログラムが予め記憶されている。ただし、第２実施形態におけるとは異なり、人体モデル３０は予め記憶されておらず、ユーザにより作成される。
【０３３６】
このストレージ２１２には、さらに、ユーザが人体モデル３０を作成することを支援するためのデータとして、人体全身の各部位を定義する部位データが予め記憶されている。
【０３３７】
ところで、ユーザが人体モデル３０を作成するに際しては、一般に、まず、ユーザが人体全身の各部位ごとにデータを入力し、人体のすべての部位についてデータ入力が終了したならば、すべての部位に関するデータを結合し、それにより、人体モデル３０を完成する。
【０３３８】
この際、ユーザは、機械的な装置をモデル化するために一般的に使用されるモデル作成支援プログラムをコンピュータにより実行することにより、人体モデル３０を作成することが可能である。
【０３３９】
ここで、その一般的に使用されるモデル作成支援プログラムを使用して人体モデル３０を作成する場合の手順を説明する。
【０３４０】
この場合には、ユーザは、まず、ユーザが人体の各部位の特性を考慮し、それを実現するのに最適な部位モデルのタイプを、上記モデル作成支援プログラム上で選択する。具体的には、この選択は、例えば、部位モデルを、１次元要素によるモデルにするのか、２次元要素によるモデルにするのか、３次元要素によるモデルにするのか、また、２次元要素によるモデルの場合、その２次元要素を板要素にするのか、膜要素にするのかを決定する工程を含んでいる。
【０３４１】
ユーザは、人体の今回の部位について部位モデルのタイプを選択した後、その選択されたタイプの部位モデルのパラメータを設定する。具体的には、ユーザは、例えば、部位モデルにより表現すべき力学的特性を定義するためのパラメータを設定する。
【０３４２】
ユーザは、部位モデルのパラメータを設定した後、その部位モデルを定義するためのデータであってコンピュータに予め記憶されているものを編集することにより、人体の今回の部位の形状および大きさを再現する。
【０３４３】
ユーザは、人体の今回の部位について部位モデルのタイプを選択した後、その選択されたタイプの部位モデルであってコンピュータに予め記憶されているものを加工することにより、人体の今回の部位の形状および大きさを再現する。
【０３４４】
続いて、ユーザは、そのようにして定義された部位モデルを検証する。具体的には、ユーザは、まず、その検証すべき部位モデルに対して前記ＦＥＭ解析プログラムを実行することにより、人体の今回の部位に関する解析結果を取得する。さらに、ユーザは、その解析結果を、人体の今回の部位に関する実験結果と比較することにより、今回の部位モデルを検証する。実験結果は、例えば、死体または代替物を利用して得られたものである。
【０３４５】
この検証の結果、今回の部位モデルによる解析結果が実験結果を精度よく一致しない場合には、ユーザは、同じ部位モデルについて、再度、タイプの選択、パラメータの設定、ならびに形状および大きさの特定を行う。この一連の作業は、今回の部位モデルによる解析結果が実験結果を精度よく一致するまで繰り返される。
【０３４６】
人体のすべての部位につき、部位モデルの作成および検証が終了すると、ユーザは、すべての部位についてのすべての部位モデルを合体させることにより人体モデル３０を作成する。その後、ユーザは、その作成された人体モデル３０に対して前記ＦＥＭ解析プログラムを実行することにより、人体全身の挙動に関する解析結果が現実の挙動と精度よく一致するか否かを検討し、必要に応じて部位モデルを修正する。
【０３４７】
このように、前述の、一般的に使用されるモデル作成支援プログラムを使用する場合には、ユーザは、今回の部位モデルによる解析結果が実験結果と精度よく一致しない場合には、タイプの選択、パラメータの設定ならびに形状および大きさの特定を繰り返さなければならない。
【０３４８】
これに対して、本実施形態においては、人体の各部位の特性を表現する部位モデルがいくつか予め用意されており、ユーザは、そのいくつかの部位モデルの中から適当なものを選択するだけで、部位モデルのタイプの選択と、その部位モデルのパラメータの設定とが自動的に行われることとなる。
【０３４９】
具体的には、本実施形態においては、ストレージ２１２に、図４０に示すように、人体全身の各部位の特性を表現する部位モデルとして、標準的な１つのモデルである標準部位モデルと、それに代わる少なくとも１つのモデルである代替部位モデルとが、人体全身の各部位に関連付けて予め記憶されている。その記憶内容が図４１に概念的に表として表されている。
【０３５０】
さらに、ストレージ２１４には、ユーザが標準部位モデルまたは代替部位モデルを選択し、その選択された部位モデルをユーザが編集することを支援するプログラムとして、図４０に示すように、人体モデル作成支援プログラムが予め記憶されている。
【０３５１】
したがって、本実施形態によれば、ユーザは、部位モデルのタイプの選択およびパラメータの設定を、高度な知識を不可欠とすることなく、的確に行うことが可能となる。
【０３５２】
図４２には、上記人体モデル作成支援プログラムの内容が概念的にフローチャートで表されている。
【０３５３】
この人体モデル作成支援プログラムにおいては、まず、ステップＳ６０１において、トップページを出力装置２０６の画面上に表示するための表示データがストレージ２１２から読み出され、その読み出された表示データに基づいてそのトップページが画面上に表示される。このトップページは、人体の複数の部位のうちユーザが今回部位モデルを作成しようとする部位を選択することをそのユーザに指示するためのメッセージを含んでいる。
【０３５４】
次に、ステップＳ６０２において、入力装置２０４を介したユーザからの指令に従い、人体の複数の部位のいずれかが今回の部位として選択される。
【０３５５】
続いて、ステップＳ６０３において、その選択された部位に対応する標準部位モデルがストレージ２１２から読み出されて出力装置２０６の画面上に表示される。
【０３５６】
その後、ステップＳ６０４において、前記選択された部位に対応する少なくとも１つの代替部位モデルがストレージ２１２から読み出されて出力装置２０６の画面上に表示される。
【０３５７】
続いて、ステップＳ６０５において、ユーザからの指令に従い、画面上に表示されている標準部位モデルと少なくとも１つの代替部位モデルとのいずれかが今回の部位モデルとして選択される。
【０３５８】
その後、ステップＳ６０６において、その選択された部位モデルが出力装置２０６の画面上に表示される。
【０３５９】
続いて、ステップＳ６０７において、その表示されている部位モデルを編集して定義するためのデータがユーザにより入力される。その入力されるデータは、例えば、その部位モデルの形状および大きさを特定するデータを含んでいる。
【０３６０】
その後、ステップＳ６０８において、ユーザに対し、次の部位モデルを作成する必要があるか否かが問われる。その必要があることをユーザがコンピュータ２０２に入力すれば、このステップＳ６０８の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ６０２に戻る。これに対して、次の部位モデルを作成する必要はないことをユーザがコンピュータ２０２に入力すれば、このステップＳ６０８の判定がＮＯとなり、以上で、この人体モデル作成支援プログラムの１回の実行が終了する。
【０３６１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０３６２】
【図１】本発明の第１実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムを示す系統図である。
【図２】図１におけるシミュレーション用コンピュータシステムを示す斜視図である。
【図３】図１におけるシミュレーション用コンピュータが用いる人体モデル３０を車両のシートおよびフロアパネルと共に示す斜視図である。
【図４】図３の人体モデル３０の各要素の代表長さの最小値を人体の代表的部位が皮質骨である場合と海綿骨である場合とについて表形式で示す図である。
【図５】図３の人体モデル３０の膝関節部を示す斜視図である。
【図６】図３の人体モデル３０の一部である脾臓モデルを示す正面図と平面図とである。
【図７】図６の脾臓モデルに対してその検証のために行われる動的変形試験の内容を説明するための正面図と斜視図とである。
【図８】図３の人体モデル３０の一部である肝臓モデルを示す正面図と平面図とである。
【図９】図８の肝臓モデルに対してその検証のために行われる動的変形試験の内容を説明するための斜視図である。
【図１０】図３の人体モデル３０の一部である寛骨モデルを示す斜視図である。
【図１１】図３における人体モデル３０の下肢部をそれの膝関節部が伸ばされている状態で示す側面図である。
【図１２】図３における人体モデル３０の下肢部をそれの膝関節部が曲げられている状態で示す側面図である。
【図１３】図３における人体モデル３０の下肢部をそれの膝関節部が伸ばされている状態で示す別の側面図である。
【図１４】図３における人体モデル３０の下肢部をそれの膝関節部が曲げられている状態で示す別の側面図である。
【図１５】図３における人体モデル３０の下肢部をそれの膝関節部が伸ばされている状態で示すさらに別の側面図である。
【図１６】図３における人体モデル３０の下肢部をそれの膝関節部が曲げられている状態で示すさらに別の側面図である。
【図１７】図３における人体モデル３０の下肢部の下部を示す側面図である。
【図１８】図３における人体モデル３０の下肢部の下部を示す背面図である。
【図１９】図３における人体モデル３０の膝関節部を示す斜視図である。
【図２０】図１の人体挙動解析・応用システムにおける一連の手続きを示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第２実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムを示す系統図である。
【図２２】図２１における遊戯装置開発・評価プログラムにおいて用いられる人体モデル３０を示す側面図である。
【図２３】図２１における遊戯装置開発・評価プログラムの実行結果を説明するために人体モデル３０の頸部を示す側面図である。
【図２４】図２１における遊戯装置開発・評価プログラムの実行結果を説明するために人体モデル３０の頸部の椎間板を示す側面図である。
【図２５】図２１における遊戯装置開発・評価プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図２６】本発明の第３実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムを示す系統図である。
【図２７】図２６における機構解析プログラムにおいて用いられる機構モデルを物体モデルと共に示す正面図である。
【図２８】図２６における衝突傷害解析プログラムの実行結果を説明するために人体モデル３０の上肢部を示す正面図である。
【図２９】図２６における衝突傷害解析プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図３０】本発明の第４実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムのコンピュータにより実行される転倒解析プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図３１】そのコンピュータにより実行される機構解析プログラムの実行結果を説明するために機構モデルを示す正面図である。
【図３２】図３０の転倒解析プログラムの実行結果を説明するために人体モデル３０の腰部を示す正面図である。
【図３３】本発明の第５実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムのコンピュータにより実行される着地応力解析プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図３４】図３３の着地応力解析プログラムにおいて用いられる人体モデル３０の下肢部を示す斜視図である。
【図３５】図３３の着地応力解析プログラムの実行結果を説明するために人体モデル３０の下肢骨を靴と共に示す斜視図である。
【図３６】図３３の着地応力解析プログラムの実行結果を説明するために人体モデル３０の靴底を示す斜視図である。
【図３７】人体モデル３０の下肢部の姿勢変更を説明するための側面図である。
【図３８】座り姿勢にある人体モデル３０の上肢部の姿勢変更を説明するための側面図である。
【図３９】人体モデル３０の座り姿勢から立ち姿勢への姿勢変更を説明するための側面図である。
【図４０】本発明の第６実施形態である人体挙動解析方法が実行される人体挙動解析・応用システムを示す系統図である。
【図４１】図４０におけるストレージにおいて標準部位モデルと代替部位モデルとが人体の各部位に関連付けて記憶されている様子を概念的に表として示す図である。
【図４２】図４０における人体モデル作成支援プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。
【図４３】図３における人体モデル３０の足関節部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０３６３】
１０，１００，１５０，２００  人体挙動解析・応用システム
１2  シミュレーション用コンピュータシステム
１４  設計支援コンピュータシステム
１６  制御用コンピュータシステム
１８  コンピュータ
２６  記録媒体
３０  人体モデル
３４  筋肉
３５ａ  脾臓モデル
３５ｂ  肝臓モデル
５０  腸骨
５２，６０，６２  分割面
５８  坐骨
６６  バー要素
６８  大腿骨
７０  脛骨
７２  踵骨
【図１】
2005353078.tif 000003
【図２】
2005353078.tif 000004
【図３】
2005353078.tif 000005
【図４】
2005353078.tif 000006
【図５】
2005353078.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005353078.tif 000009
【図８】
2005353078.tif 000010
【図９】
2005353078.tif 000011
【図１０】
2005353078.tif 000012
【図１１】
2005353078.tif 000013
【図１２】
2005353078.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005353078.tif 000016
【図１５】
2005353078.tif 000017
【図１６】
2005353078.tif 000018
【図１７】
2005353078.tif 000019
【図１８】
2005353078.tif 000020
【図１９】
2005353078.tif 000021
【図２０】
2005353078.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2005353078.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2005353078.tif 000026
【図２５】
2005353078.tif 000027
【図２６】
2005353078.tif 000028
【図２７】
2005353078.tif 000029
【図２８】
2005353078.tif 000030
【図２９】
2005353078.tif 000031
【図３０】
2005353078.tif 000032
【図３１】
2005353078.tif 000033
【図３２】
2005353078.tif 000034
【図３３】
2005353078.tif 000035
【図３４】
2005353078.tif 000036
【図３５】
2005353078.tif 000037
【図３６】
2005353078.tif 000038
【図３７】
2005353078.tif 000039
【図３８】
2005353078.tif 000040
【図３９】
2005353078.tif 000041
【図４０】
2005353078.tif 000042
【図４１】
2005353078.tif 000043
【図４２】
2005353078.tif 000044
【図４３】
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